Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LED 20-50mA mit verlustarmer und winziger Lösung an 24V DC/= betreiben


von Bertie (Gast)


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Hallo,

in Industriesteuerungen mit SPS/PLC haben die Ausgänge in der Regel 24V 
DC/=. Daran sollen LEDs mit 20mA bis 50 mA betrieben werden, die immer 
wieder durchbrennende Glühbirnen in Kunststoffhalterungen mit engem 
Raumangebot ersetzen sollen. Nutzt man serielle Widerstände, müssten 
diese bis ca. 50mA*20V=1W in Wärme umwandeln. Das braucht aber relativ 
grosse Widerstände, wenn es einigermaßen kühl bleiben soll. Lineare 
Spannungsregler bringen nichts, denn die Verlusthitze bleibt dieselbe. 
Die Kunststoffhalterung verträgt keine große Hitze. Der Platz für die 
Hitzeabfuhr ist nicht vorhanden.

Mit SMD Schaltreglern könnte die Hitze vermieden werden. Ich habe auf 
ebay kleine Platinchen in China zum Heruntersetzen der Spannung gekauft. 
Aber die werden schon ohne Stromentnahme relativ warm, was ja nicht Sinn 
der Sache ist. In Deutschland habe ich keine fertigen Teile gefunden.

Gibt es eine Möglichkeit, den Betrieb an 24V= für 20 bis 50 mA LEDs auf 
möglichst kleinem Raum im Selbstbau zu verwirklichen? Welche SMD ICs 
wären da geeignet?

: Verschoben durch User
von Rudi (Gast)


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led mit integriertem R

von Falk B. (falk)


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Bertie schrieb:
> Hallo,
>
> in Industriesteuerungen mit SPS/PLC haben die Ausgänge in der Regel 24V
> DC/=. Daran sollen LEDs mit 20mA bis 50 mA betrieben werden,

Fehler Nr.1 Heutige, ultahelle LEDs brauchen keine 5mA, um dich tierisch 
zu blenden. Da reichen meist 2-3mA für normale Helligkeiten.

> diese bis ca. 50mA*20V=1W in Wärme umwandeln. Das braucht aber relativ

3mA*24V ~75mW.

> Gibt es eine Möglichkeit, den Betrieb an 24V= für 20 bis 50 mA LEDs auf
> möglichst kleinem Raum im Selbstbau zu verwirklichen?

Siehe oben. Und wenn es denn WIRKLICH 50mA sein müssen, nimmt man einen 
HF-Schaltregler mit 0,5-1MHz. Die gibt es im SOT23-Gehäuse, dazu eine 
winzige Spule und Diode, fertig. Das kriegt man doppelseitig auf 1cm^2 
unter.

> Welche SMD ICs wären da geeignet?

http://www.ti.com/power-management/non-isolated-dc-dc-switching-regulators/step-down-buck/buck-converter-integrated-switch/products.html#p238max=24;100&p236typ=0.0003;100&sort=p451max;asc

von Falk B. (falk)


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Rudi schrieb:
> led mit integriertem R

Mit integriertem Rudi (Ratlos)? Das mit den Grundlagen der E-Technik und 
Energieerhaltung üben wir noch einmal.

von Hauke Haien (Gast)


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Warum LEDs mir so grosser Stromaufnahme? Es gibt doch inzwischen welche, 
die schon mit 1 bis 3 mA ekelhaft hell leuchten. Insbesondere blaue und 
grüne,  aber auch ultrahelle rote gibt es reichlich.
Ausserdem gibt es noch welche mit eingebautem Spannungsregler, aber 
meist für max. 12V. Und Blink LEDs für 12V...

von Heinz B. (hb_5000)


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von Falk B. (falk)


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Es gibt vermutlich auch Dutzende Schaltregler, welche direkt für eine 
Stromregelung zum Betrieb von LEDs ausgelegt sind.

von Teo D. (teoderix)


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Rudi schrieb:
> led mit integriertem R

Einfach mal nach "Signalleuchten" suchen. Der Zusatz "LED" ist 
eigentlich garnicht mehr nötig. :)

von MaWin (Gast)


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Bertie schrieb:
> 50 mA LEDs

50mA LED um eine Glühlampe zu ersetzen ?

Ich bin sicher, das bekommt ihr auch mit 2-5mA hin, und dann wird der 
Vorwiderstand gar nicht mehr so warm.

Da man gerne diffuse (breit streuende) hätte, hier ein paar:

LuckyLight LL-503VD2E-V1-4D (5mm rot diffus 60 Grad typ 750mcd bei 20mA, 
75mcd bei 2mA, TME), LL-503UAD2E-2A (5mm bernstein diffus 50 Grad 
1400mcd bei 20mA) LL-504WM2E-W2-1N (5mm kaltweiss diffus 30 Grad 4000mcd 
bei 20mA), Kingbright L-53SYDK (5mm gelb diffus 60 Grad typ 1000mcd bei 
20mA 100mcd bei 2mA) L-53SRD-E (5mm rot diffus 60 Grad typ 400mcd bei 
20mA) L-7083VGD-Z (5mm grün diffus 60 Grad typ 2000mcd bei 20mA) L53-SYD 
(5mm gelb diffus 30 Grad 1200mcd bei 20mA) L-53SRD-J4 (5mm rot diffus 30 
Grad 1800mcd bei 20mA) OptoSupply OSM5HA5A32A (5mm warmweiss diffus 30 
GradC 1120mcd bei 20mA) OSW5HA5A32A (5mm kaltweiss diffus 30 Grad 
1560mcd bei 20mA) LED-AL-50G-D01500-60 (5mm grün diffus 60 Grad 1500mcd 
artronic)

von Toxic (Gast)


Angehängte Dateien:

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@Falk und andere haben schon recht,wenn sie auf High Efficiency-Leds 
hinweisen.Moechte dennoch auf diesen Artikel hinweisen,der vielleicht 
das Interesse bei anderen Usern weckt die aehnliche Probleme mit noch 
hoeheren Stroemen haben.

https://www.ebay.de/itm/20PCS-PT4115-SOT89-IC-LED-drive-power-NEW-GOOD-QUALITY/381374780072?hash=item58cbb552a8:g:~mQAAOSwVupTo5fL

Aehnliche ICs gibt's wahrscheinlich wie Sand am Meer....soll nur als 
Info dienen

von Thomas Z. (usbman)


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Früher hat man sowas mit einem JFET und Widerstand geschaltet als 
Stromquelle hinbekommen. Heute muss es natürlich ein Schaltregler sein. 
BF245 sollte als Beispiel reichen auch wenn der nur noch schwer zu 
bekommen ist.
Thomas

von Falk B. (falk)


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Thomas Z. schrieb:
> Früher hat man sowas mit einem JFET und Widerstand geschaltet als
> Stromquelle hinbekommen. Heute muss es natürlich ein Schaltregler sein.

Noch so "Experte", dem die elementarsten Grundlagen fehlen.

Informier dich mal zum Wirkungsgrad linearer Konstantstromquellen und 
Vorwiderständen!

von Toxic (Gast)


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Thomas Z. schrieb:
> Heute muss es natürlich ein Schaltregler sein.
> BF245 sollte als Beispiel

Mit einer Stromkonstantquelle a la BF245 bist du wieder da gelandet wo 
der TO am Anfang war: beim simplen Vorwiderstand....

von Bertie (Gast)


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Hauke Haien schrieb:
> Warum LEDs mir so grosser Stromaufnahme? Es gibt doch inzwischen welche,
> die schon mit 1 bis 3 mA ekelhaft hell leuchten.

Nur, wenn man von vorn guckt. Das würde auch reichen und kann 
tatsächlich ohne Hitzeprobleme unangenehm hell gemacht werden. Aber das 
ein Meter über Kopf sitzende LIcht muss aus allen Richtungen 10 Meter 
weit sichtbar sein. Das schaffen Glühlampen spielend aber LEDs mit einem 
Chip nicht. Ich habe superhelle mit weitem Winkel klar und diffus 
probiert und es reicht bei Tag nicht. Erschwerend ist der vorhandene und 
genau passend zugefräste Farbfilterdom nur mäßig lichtdurchlässig.

von MaWin (Gast)


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Bertie schrieb:
> Nur, wenn man von vorn guckt

Daher wurden EXTRA solche genannt die diffuse grosse Abstrahlwinkel 
haben, aber du bist natürlich so schlau, du musst andere Beiträge gar 
nicht lesen um schlauer rumposauenen zu wollen.

von J. S. (pbr85)


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Bertie schrieb:
> Hauke Haien schrieb:
>> Warum LEDs mir so grosser Stromaufnahme? Es gibt doch inzwischen welche,
>> die schon mit 1 bis 3 mA ekelhaft hell leuchten.
>
> Nur, wenn man von vorn guckt. Das würde auch reichen und kann
> tatsächlich ohne Hitzeprobleme unangenehm hell gemacht werden. Aber das
> ein Meter über Kopf sitzende LIcht muss aus allen Richtungen 10 Meter
> weit sichtbar sein. Das schaffen Glühlampen spielend aber LEDs mit einem
> Chip nicht. Ich habe superhelle mit weitem Winkel klar und diffus
> probiert und es reicht bei Tag nicht. Erschwerend ist der vorhandene und
> genau passend zugefräste Farbfilterdom nur mäßig lichtdurchlässig.

Um welche Farben geht es denn hier und setzt du dafür auch die passenden 
LEDs ein oder weiße LEDs, die du dann mit dem Farbfilterdom filterst?

Ein Lösungsansatz wäre ja sonst auch, mehrere LEDs zusammenkleben und in 
Reihe schalten. Dann musst du erstens weniger Spannung vernichten, 
zweitens hast du mehr LEDs mit mehr Licht bzw. kann jede einzelne LED 
weniger Leistung  umsetzen bei gleicher Gesamthelligkeit. Könntest dann 
also mit nur ~10mA arbeiten, was dann auch weniger Leistung am 
Widerstand bedeuten würde.

Wie viel Platz hast du dort drinne denn genau? Bei einem runden 
Durchmesser von 10mm kannst du 7 x 3mm LED im Kreis angeordnet 
unterbringen und hättest bei Blau, Grün und Weiß ~21V Flussspannung, 
sodass du nur noch 3V verbraten müsstest. Bei Rot, Gelb und Orange sind 
es ~16V Flussspannung.

Ich würde die hier nehmen, habe sie auch zuhause:

https://www.ebay.de/itm/10x-3mm-LED-Flat-Top-Flachkopf-sehr-hell-LEDs-Widerstande-3mm/262946944622?hash=item3d38dbf66e:m:mapR5VRlJ1Mc2hTTbyvQffA

Wahrscheinlich findest du auch weitaus hellere Flachkopf LEDs mit 3mm 
Durchmesser.

: Bearbeitet durch User
von Arno (Gast)


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Sonst: Mehrere nehmen, elektrisch in Reihe schalten (=weniger Spannung 
am Vorwiderstand/Konstantstromquelle) und mechanisch so verteilen, dass 
sie in verschiedene Richtungen strahlen?

MfG, Arno

von Arno (Gast)


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...sorry, da war ich zu langsam...

MfG, Arno

von J. S. (pbr85)


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Nachtrag: Bei roten, gelben und orangen LEDs in der transparenten 
3mm-Flachkopfform kann man 7 Stück zum einem ~10mm Kreis anordnen und 
dahinter noch 2-3 LEDs anbringen und hätte höhere Lichtstärken bei 
21-22V Flussspannung wie bei den blauen, grünen und Weißen LEDs.

: Bearbeitet durch User
von Dieter (Gast)


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@Bertie
1. Glühbirnen mit E5,5 oder E10 Fassung?
2. Glühbirnen 24V, 30, 50, 100 oder 150mA Nennstrom?
3. Sitzen eine Glühlampen unter einer Farbscheibe für ein grünes, gelbes 
oder rotes Signallicht?

Ohne diesen Angaben, wissen wir nicht wieviel Lumen die 
LED-Ersatzschaltungen insgesamt bringen müssen.

von Bertie (Gast)


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Dieter schrieb:
> Ohne diesen Angaben, wissen wir nicht wieviel Lumen die
> LED-Ersatzschaltungen insgesamt bringen müssen.

Ich habe schon weiße LEDs mit mehreren Chips, die somit hinter Filter 
jedwelcher Farbe passen. Sie sind noch etwas kleiner als der von den 
Glühlampen benötigte Raum und lassen somit Luft für einen kleinen 
Treiber. Sie leisten das gewünschte Rundumlicht und produzieren wenig 
Wärme. Leider benötigen sie wie im Ursprungsposting gesagt 50mA. 
Insgesamt können sie damit jede Glühlampe in Signalleuchten ersetzen. 
Jetzt braucht es nur noch den im Ursprungsposting angefragten möglichst 
kleinen und kühlen Treiber.

von Falk B. (falk)


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Bertie schrieb:
> Jetzt braucht es nur noch den im Ursprungsposting angefragten möglichst
> kleinen und kühlen Treiber.

Also ein Microschaltregler.

Der hier könnte passen. Den kann man auch direkt als Stromregler 
beschalten.

R2 = U / I = 0,765V / 50mA ~ 15R

Die LED kommt an stelle von R1 rein!

von Dieter (Gast)


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@Bertie
Die Daten der LEDs, die Du hast werden auch benoetigt. Strom, Spannung, 
Typ, Typ des Chips...

von Bernd K. (prof7bit)


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Solche LED-Indikatoren gibts doch fix und fertig zu kaufen für die 
Industrie, RGY oder RGB, 24V, wasserdicht, mit Gewinde und 
Überwurfmutter für Frontplattenmontage, mit Stecker oder Kabel oder 
Schraubklemmen, etc. Was willst Du da umständlich basteln?

von Bertie (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Der hier könnte passen.
Ich nehme mal an, dass da ein Link drunter liegen sollte, der es nicht 
ins Posting geschafft hat.

> R2 = U / I = 0,765V / 50mA ~ 15R
Hört sich gut an. Offensichtlich lässt sich so die Helligkeit leicht 
bestimmen. Das Prinzip mit den "programmierenden" Widerständen, die an 
einer erzeugten niedrigen Festspannung liegen, kenne ich von linearen 
Reglern.

von Falk B. (falk)


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von Gugscht (Gast)


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Um was für einen Sockel geht es denn überhaupt?
Kleine Signalleuchten im Industriebereich, auch da werden teils ba15s 
oder ba9s eingesetzt. Auch hier gibt es für die alten "Glühbirnchen" 
schon lange LED-Ersatz, und das eigentlich immer Multichip-LED Typen.
Wenn da nun da bei den 24V-Typen ein Schaltregler mit 87,5% Effizienz 
eingebaut wäre oder ein Widerstand / Linear-Stromregler der 3V verbräte, 
würde es da vom Wirkungsgrad schon keinen Unterschied mehr machen.

Einen winzigen Schaltregler von 24V auf ca. 3-4V runter mit einem 
Wirkungsgrad über 90%, vielleicht machbar aber wird sicher teuer.

von Bernd K. (prof7bit)


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pt4115

von äxl (Gast)


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von Harald W. (wilhelms)


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Thomas Z. schrieb:

> BF245 sollte als Beispiel reichen

Der würde bei >=20mA an 24V wohl schnell durchbrennen.

von MaWin (Gast)


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Bertie schrieb:
> Ich habe schon weiße LEDs mit mehreren Chips, die somit hinter Filter
> jedwelcher Farbe passen

Das ist schon ein bischen blöd, erst weisses Licht zu erzeugen um dann 
2/3 des Lichtes wieder wegzufiltern, und sich danach über unzureichende 
Helligkeit zu beklagen und Kontrast im Sonnenlicht zu erwarten den 
selbst die Glühlampen nicht gebracht haben.

von wendelsberg (Gast)


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Bertie schrieb:
> Die Kunststoffhalterung verträgt keine große Hitze. Der Platz für die
> Hitzeabfuhr ist nicht vorhanden.

Die vertraegt aber die geschaetzten 300mA bei 24V fuer die Gluehlampen, 
die ja zu 95% in Waerme enden.
Das bisschen aus den Vorwiderstand ist da kein Problem.

wendelsberg

von Bertie (Gast)


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Ich arbeite mich gerade durch die Datenblätter der empfohlenen ICs 
LM2840 und pt4115. Bei letzterem heißt es zur Auswahl der Diode

https://people.xiph.org/~xiphmont/thinkpad/PT4115E.pdf

"For maximum efficiency and performance, the rectifier (D1)  should  be 
a  fast  low  capacitance Schottky diode with  low  reverse  leakage  at 
the  maximum  operating voltage and temperature."

Weiß jemand, welche konkrete Größenordnung mit den drei Begriffen
* schnell
* niedrige Kapazität
* niedriger Rückwärts-Leckstrom
gemeint ist oder kennt eine konkrete SMD Diode, die die Bedingungen 
erfüllt?

Nach meinem Verständnis soll diese Diode die rückwärts gerichteten 
Spannungsimpulse kurzschließen, die beim Abschalten der 68µH Spule 
entstehen.

Vielen Dank für die rege Beteiligung am Thread und die Tips.


Antworten auf Fragen und Kritik:
Ich hoffe, damit eine universell passende LED Ersatzlösung für alle 24V 
Glühlampen mit jeglichem Sockel hinter jeglichem Farbfilter gefunden zu 
haben, für deren Sockel es nicht schon 24V LEDs fertig zu kaufen gibt. 
Die Licht der weißen LEDs mag zwar teilweise wieder durch Farbfilter 
vernichtet werden, hat jedoch den Vorteil, nicht für jede Farbe 
unterschiedliche Lösungen vorhalten zu müssen.

Es sind zwei Lösungen. Eine läuft schon vielfach für von vorn zu 
betrachtende Signalleuchten mit diffusen weißen Einchip LEDS und 
Vorwiderständen für die wenigen Milliampere.

Für die Rundum-Signalleuchten einem Meter über Kopf sollen die der 
Aufgabe genügenden weißen Multichip LED zum Einsatz kommen. Bei 50mA 
fallen etwa 6 Volt daran ab. Ich habe diese bei ebay in China gekauft. 
Nach erstem Test habe ich alle vorhandenen 220 Stüch - je 20 für ein 
Euro erhaschen können. Danach hat der Verkäufer sie leider nicht mehr 
angeboten. Das Rundum-Licht wurde durch einen ähnlichen Aufbau erreicht, 
wie in dem folgenden Link. Die einzelnen LEDs sind aber nicht 
quadratisch und wohl kleiner. Im Orginal haben sie mehr Strom 
aufgenommen und waren noch heller. Den Sockel und den darin befindlichen 
Widerstand in Reihe habe ich entfernt.

https://www.ebay.de/itm/New-10Pcs-T10-5SMD-5050-Car-LED-Wedge-Light-Plate-License-Bulb-501-2825-194-M1Q8/163777588057?hash=item2621e7ab59:m:mQwxBvuPfqqKtahy-EDICMA

von äxl (Gast)


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https://www.mouser.de/ProductDetail/ON-Semiconductor-Fairchild/SS14HE?qs=E58pcOqB2RL2r7EXpToK6w%3D%3D
So eine SS14 soltle als Diode gehen.
Sieh dir in der parametrischen Suche (zB bei Mouser) mal die Eckdaten 
der einzelnen Dioden an.

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


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Bertie schrieb:
> "For maximum efficiency and performance, the rectifier (D1)  should  be
> a  fast  low  capacitance Schottky diode with  low  reverse  leakage  at
> the  maximum  operating voltage and temperature."

Das muß man nicht so ernst nehmen.

> Weiß jemand, welche konkrete Größenordnung mit den drei Begriffen
> * schnell
> * niedrige Kapazität
> * niedriger Rückwärts-Leckstrom
> gemeint ist oder kennt eine konkrete SMD Diode

Schnell sind alle Schottky-Dioden.

Die Kapazität ist im wesentlichen proportional zur Querschnittsfläche 
der Sperrschicht. Und die wiederum proportional zum maximal erlaubten 
Durchlaßstrom. Folgerung: Diode strommäßig nicht überdimensionieren.

Der Leckstrom ist geringer für Schottkys mit höherer Sperrspannung. 
Dummerweise haben die aber auch eine höhere Durchlaßspannung, was die 
Effizienz mindert und vor allem zur Erwärmung der Diode führt. Mit 
steigender Temperatur steigt aber auch der Sperrstrom schnell an.

äxl schrieb:
> So eine SS14 soltle als Diode gehen.

Diese Diode wäre mit 1A deutlich überdimensioniert.

Weit besser geeignet wäre eine MBR0540. Oder eine BAT54. Einfach mal im 
Datenblatt den Leckstrom und die Kapazität vergleichen.

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