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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED Kette an 230V AC


Autor: Maddin (Gast)
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Hallo,


einige erfahrungen aus anderen diskussionen haben bei mir diese Frage
aufgeworfen:

ich habe mal eine led kette bestehend aus gelben leds:

U=2V
I=0,018A

aufgebaut. um sie auf 230V zu bringen habe ich 120stück in reihe
geschaltet.

würde ich bei der konstellation noch etwas für die sperrichtung
vorsehen müssen!?

Maddin

Autor: Sebastian K. (basti)
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Hi!
Ich nehm an, das die alle bei der ersten negativen Halbwelle den Geist
aufgeben werden. Viele LED's halten nur eine Rückwärtsspannung von ca.
5V aus.

MfG

Autor: Maddin (Gast)
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hmmm,

das ganze funktioniert.

teilt sich die rückwärtsspannung nicht uf die 120 led auf!?

Maddin

Autor: Karl-heinz Domnick (kalledom)
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Die 120 LEDs benötigen 240V=. Du kannst die nicht an
Netz-Wechselspannung anschließen, da sie nur Gleichspannung mögen. Also
muß eine Diode z.B. 1N4007 in Reihe dazu. Auch deshalb, weil in
umgekehrter Richtung die LED's nicht leuchten, dafür das Zeitliche
segnen.
Nach der Diode werden aus den effektiven 230V~ spitzenmäßige 230V~ *
1,414 = 325V= ! Das ist kein Problem, wenn der Strom durch einen
Reihenwiderstand in Grenzen gehalten wird.
Also, noch einen Vorwiderstand in Reihe dazu:
R = U - Uled / Iled = 80V / 40mA Peak = 2k
P = 80V * 40mA = 3.200mW = 3,2W
Die Berechnung ist ohne Kondensator / Glättung !
Kommt mir so groß vor, der Widerstand; habe ich da einen Denk- /
Rechenfehler ?

Autor: Maddin (Gast)
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nee das sieht soweít i.o aus, ich denke das gefühl, das der wid zu groß
ist liegt an dem geringen strom, bei der hohen spannung.

dennoch verstehe ich nicht warum nach der diode 325v herrschen. ich
kenne das nach dem gleichrichten mit einem brückengleichrichter und
anschließender glättung mit dem faktor wurzel2 gerechnet werden kann,
aber nach einer einweggleichrichtung!?

230v sind doch eh der effektivwert, oder, ss sind es doch eh 325v ac,
oder!? also so habe ich das mal verstanden...

maddin

Autor: Maddin (Gast)
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ach ja, und das ganze funktioniert ja, ich kann mir das nur so erklären
das sich die rückwärtsspannung aufteilt, dann liegt sie bei etwa 2v pro
led....

wie kommst du auf 40ma peak to peak, hast du mit 325V hochgerechnet!?

habe 120 genommen, um auch sicher zu gehen - ging damit auch....

maddin

Autor: johnny.m (Gast)
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> Du kannst die nicht an Netz-Wechselspannung anschließen, da sie nur
> Gleichspannung mögen.

Das stimmt so allgemein nicht. LEDs kann man sehr wohl an
Wechselspannung anschließen, allerdings ist ihre
Rückwärts-Sperrfähigkeit i.d.R. auf ungefähr 5V begrenzt. Wenn die
allerdings nicht überschritten werden, ist das kein Problem.

Zur Sicherheit ist es allerdings tatsächlich erforderlich, eine
Gleichrichterdiode mit entsprechender Sperrspannung (z.B. eben eine
1N4007 wie oben vorgeschlagen) in Reihe zu schalten, da eine
gleichmäßige Spannungsaufteilung in Rückwärtsrichtung meist nicht
gegeben ist. Bei dem geringen Strom sollte eine zusätzliche Diode aber
auch kein Problem sein.

Bedenke aber bei der Dimensionierung der Schutzdiode, dass Du einen
Scheitelwert von 325V hast (und nicht etwa 230V!). Für den
Vorwiderstand kannst Du aber durchaus einen etwas niedrigeren Wert
annehmen, da der Mittelwert des Stromes ja durch das nicht-Ausnutzen
einer kompletten Halbwelle deutlich niedriger ist.

Autor: Karl-heinz Domnick (kalledom)
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Die Wechselspannungsangabe ist ein Effektivwert, wenn Du anpackst,
merkst Du den Spitzenwert, diese Wurzel 2 :-)
Es spielt keine Rolle, ob Du per Brückengleichrichter die negative
Halbwelle 'hochklappst' und alle Halbwellen mit Wurzel 2
multiplizierst oder ob Du nur eine Halbwelle hast; die mußt Du
ebenfalls mit Wurzel 2 multiplizieren.

Der Elko ist zum Glätten, zum Ausfüllen der Lücken zwischen den
Halbwellen. Das ändert aber immer noch nix an DC = AC * 1,414 !
40mA habe ich gerechnet, weil ja nicht konstant 325V anliegen, sondern
immer nur eine Halbwelle. Im Mittel ergibt das ..?..?.., wo sind die
Mathematiker ? Weniger als die Hälfte auf jeden Fall.

Die Sperrspannung der LEDs bei Reihenschaltung: haben alle den gleichen
Sperr-Widerstand ? Nein; dann wird die mit dem höchsten Sperrwiderstand
auch die meiste Spannung abbekommen, und die dürfte wahrscheinlich mehr
betragen, als 5 oder 7V. Und wenn die erste hin ist, dann kommt die
Nächste dran ....

Autor: johnny.m (Gast)
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@Karl-Heinz Domnick:
> Und wenn die erste hin ist, dann kommt die Nächste dran ....
Stichwort "Kettenreaktion"...

> Die Wechselspannungsangabe ist ein Effektivwert, wenn Du anpackst,
> merkst Du den Spitzenwert, diese Wurzel 2 :-)
Nicht ganz. Beim Anpacken und fröhlichen Zucken spielt der Effektivwert
die erste Geige, weil der den Effektivstrom, der den Körper des fröhlich
Zuckenden durchströmt, der "ausschlaggebende" Faktor ist...

> weil ja nicht konstant 325V anliegen, sondern immer nur eine
> Halbwelle.
In Maddins Fall ist die Ausnutzung ja noch viel geringer. Er nutzt ja
durch die Reihenschaltung nur den Teil der Halbwelle aus, der über 240V
liegt! Der größte Teil geht verloren. Es fließt also nur in einem
relativ kurzen Zeitraum überhaupt ein nennenswerter Strom...

Autor: Karl-heinz Domnick (kalledom)
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@johnny.m
> In Maddins Fall ist die Ausnutzung ja noch viel geringer.
Richtig, es ist nur eine der beiden Halbwellen, also mindestens schon
mal die Hälfte. Sagte ich ja bereits.
Dann handelt es sich um eine Sinusform, um wieviel verringert sich das
Ganze ? Wieviel ist das Mittel ?

Autor: Maddin (Gast)
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naja, es spielt schon eine rolle. man würde größere elkos benötigen um
die welligkeit zu beheben - im mittel hätte man also mit einem
brückengleichrichter mehr spannung (energie) als mit einer
einweggleichrichtung bei gleichbleibdendem elko... aber egal...

die sache mit der verteilung ist schon klarer geworden, allerdings
hätte ich nicht gedacht das die unterschiede in der led zu einer so
großen abweichung in der verteilung der sperrspannungen führt.

ist 230 volt nicht der mittelwert!? bin da nicht so bewandert!?

gut also:

ich bringe in den kreis der 120leds eine diode vom typ 4007 ein. die
gesamte sperrspannung fällt dann an ihr ab.

maddin

Autor: Maddin (Gast)
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>Dann handelt es sich um eine Sinusform, um wieviel verringert sich das
Ganze ? Wieviel ist das Mittel ?

wenn bei beiden halbwellen das mittel bei 230V liegt, und eine hw
fehlt, dann müssten/könnten es ja 115V sein, oder!?

maddin

Autor: Karl-heinz Domnick (kalledom)
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Es spielt keine Rolle, ob Brücken-, Einweg- oder Zweiweggleichrichtung.
Sobald Wechselspannung gleichgerichtet ist, gilt der Scheitelwert
(abzüglich der Spannungen, die an den Gleichrichter-Dioden abfallen.
Wenn der Glättungs-Elko groß genug ist, gibt es in der Restwelligkeit
auch keinen großen Unterschied mehr zwischen Brücken- und
Einweggleichrichtung.
Lediglich die Gleichrichter müssen immer mehr (Spitzen-) Strom für das
kurzzeitige Aufladen des Elkos vertragen können.

Autor: Maddin (Gast)
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wenn man von 230V Ac spricht, dann sieht das ganze doch so aus, oder!?
maddin

Autor: Maddin (Gast)
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@Karl-Heinz Domnick (

ok, wie gesagt, ich bin da nicht so bewandert, hättemir das nur so
vorgestellt.

maddin

Autor: Karl-heinz Domnick (kalledom)
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Ja, Deine Zeichnung ist richtig.
Du hast in beide Richtungen immer 230V~ * 1,414 (Wurzel 2) = 325V=, ob
nur bei positiver Halbwelle oder ob die negative mit zu der positiven
'hochgeklappt' wird (Brückengleichrichter).

Autor: Marcus (Gast)
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Ich glaube da sollten sich einige nochmal die Themengebiete
Effektivwert, Spannungsform anschauen. Bei einem
Einweggleichgerichteten Signal ist der Effektivwert:
Ueff=Uspitze*0,5.
Auch in der Welligkeit ergibt sich ein Unterschied, da das Verhältnis
Laden zu Entladen anders ist. Vorraussetzung dafür ist aber, das der
Kreis belastet wird.

Marcus

Autor: Marcus (Gast)
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Auch zu empfehlen: Wikipedia Gleichrichter.

Marcus

Autor: Karl-heinz Domnick (kalledom)
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@Marcus
Richtig: 'Effektivwert' und 'wenn der Kreis belastet ist'.
Da gibt es jede Menge Formeln, wo ich nur die für mich und die Praxis
wichtigsten kenne. Für meine Bemessungen verwende ich Faustregeln, mit
denen ich bis heute immer sehr gut gefahren bin.

Ueff=Uspitze*0,5 hilft mir nicht weiter, wenn ich z.B. die max.
Spannung eines Elkos oder Halbleiters (z.B. Spannungsreglers) zu
berücksichtigen habe; da ist erst einmal der Spitzenwert maßgeblich.
Bei der Frage der Belastung und was dabei für eine Gleich-Spannung mit
Brumm anliegt, sieht die Welt etwas anders aus und hängt wesentlich von
der Kapazität des Sieb-Elkos ab. Wenn der per Diode mit der ersten
Halbwelle auf den Spitzenwert aufgeladen wurde, wird bei geringer
Belastung die Spannung nur geringfügig sinken, so daß ich es auch hier
mit dem Spitzenwert zu tun habe. Liege ich da so falsch ?
Was ohne Elko / Kondensator berechnet werden muß habe ich ja um 'Hilfe
gerufen': wie sieht der Spannungs-Mittelwert bei Einweggleichrichtung
aus. Mindestens die Hälfte ist wegen einer fehlenden völlig klar;
wieviel bleibt von der einen Halbwelle ?

Autor: Kotbrocken (Gast)
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Auch zu empfehlen: VDE Norm.

<<ist 230 volt nicht der mittelwert!? bin da nicht so bewandert!?

Na hoffentlich bist du in den Bereichen Schutzisolierung oder StGB
besser bewandert.

Autor: Marcus (Gast)
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Hallo Karl-Heinz,

es ist schon richtig was du sagst. Die Bauteile müssen für Uspitze
ausgelegt sein, besser mit Sicherheit. Was aber falsch ist, dass in
einem belasteten Stromkreis nach dem Gleichrichter Uspitze anliegt
(naja 50 mal in einer Sekunde halt(pulsierende Gleichspannung)). Der
Kondensator lädt sich im unbelasteten Fall tatsächlich auf Uspitze auf,
aber das war nicht gefragt.

Marcus

Autor: Profi (Gast)
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Im Anhang eine Linear Technology LTSpice SwitcherCad Simulation,
allerdings mit je einer LED und kleiner Spannung. Das Prinzip ist
erkennbar und gilt genauso für mehrere LEDs und höhere Spannung.
Am besten ist die Schaltung mit der Spule. Mit D7 wird der Stromripple
in der LED kleiner, aber der Oberwellengehalt im Netz höher. Auch mal
ohne D7 versuchen.

Wichtig ist, den Stromflusswinkel und die Stromform zu beachten, und
zwar in der Stromversorgung (Gleichrichterdioden) und in den LEDs.
Hoher Stromflusswinkel -> hoher Wirkungsgrad ... gilt fast immer.

Auf jeden Fall würde ich einen Brückengleichrichter verwenden, da die
Flimmerfrequenz dann 100 Hz  und Stromflusswinkel verdoppelt ist.

SwitcherCad ist sehr leicht zu lernen und intuitiv zu bedienen.
Lohnt sich auf jeden Fall. Download von
http://ltspice.linear.com/software/swcadiii.exe

Autor: Timo Ums. (firebuster)
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@ marcus
bei gieuchgerichtetten 50Hz hat man ne gleichspannung mit 100Hz
(brumspannung);-)

Autor: Timo Ums. (firebuster)
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hust natürlich bei gleichgerichteten

Autor: Karl-heinz Domnick (kalledom)
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Hallo Marcus,
kannst Du mir bitte sagen oder ausrechnen, wie weit die Spannung
effektiv, im Mittel und in Prozent an einem Elko 1000µF bei einer
Belastung von 100mA absinkt ? Um wieviel bei 1000mA ? Das bei Brücken-
und bei Einweggleichrichtung ? Nimm als Spannung z.B. 12V an, oder 10,
wenn damit einfacher zu rechnen ist.
Ich kann es nicht ausrechnen, weil ich die Formeln dazu nicht im Kopf
habe und überhaupt keine Lust verspüre, danach zu suchen. Außerdem
kommt bei der Berechnung eines Sieb-Elkos für max. 5% Brumm dann z.B.
als Ergebniss so was wie 345µF raus; wo bekommt man den ? Dabei wollte
ich doch sowieso 1.000µF nehmen :-)
Als Faustregel nehme ich bei Brückengleichrichtung pro 1mA
Stromentnahme Minimum 1µF Sieb-Elko, bei Einweggleichrichtung das
2...5-fache.
Außer bei Leistungsnetzteilen mit mehreren Ampere, wo angefangen wird
zu kalkulieren. Da bei 5A ein Sieb-Elko mit 10.000µF schon recht teuer
wird, tendiere ich in solch einem Fall auch mal zu 4.700µF.
Die meisten Netzteile liegen im Bereich 100...500mA und da setze ich
fast immer einen Elko mit 1.000µF rein.

Autor: Stephan (Gast)
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Hallo, ich hätte da einen kleinen Vorschlag am Rande.

Wenn Du einen ganz normalen Trafo nimmst, mit sagen wir 12V, dann
kannst Du relativ gefahrlos mit LEDs und Wechselspannung
experimentieren. Schalteste halt nicht 200 LEDs in Reihe, sondern nur
sechs. Aber zum verstehen lernen reicht es.

Stephan.

Autor: Kreuzer Sebastian (Gast)
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Also da ich schon immer mich für Lichter begeistern konnte, hab ich als
kleiner dummer 10 Jähriger auch ca. 120 LED an 230V Wechslespannung
angeschlossen. Des waren mehrere Ketten die zusammen ein Bild ergeben
haben. Es hat funktioniert, tut es auch heute noch wenn ich es ab und
zu einstecke.
Aber da all unser Wissen hoffentlich reicher ist als damals meins als
ich 10 Jahre alt war, sollte man vielleicht doch etwas ordentliches
aufbauen, mit Gleichrichter und dem üblichem Schutz.

Autor: Sebastian Heyn (Gast)
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Bei uns auf dem Weihnachtsmarkt hat die Stadt letztes Jahr LEDs verbaut,
man konnte sehen dass die irgendwie geflimmert haben. MMHH hört sich
nicht unbedingt nach glättung an.

Autor: Profi (Gast)
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@Karl-Heinz: wenn Du Dich mit Rechnen schwertust, wie wäre es mit der
Simulation: da kannst Du alle Werte ablesen und kannst wie mit einem
Oszi messen.

Tip: Ctrl (=Strg) und li-Klick auf einen SignalNamen im Oszi z.B.
V(n005) zeigt Durchschnitt und RMS an.
Da sieht man recht schön, dass in der Schaltung mit der Drossel beide
Werte recht nahe beieinanderliegen (5,8 und 6,0mA I(D3)), während bei
nur D und LED ein großer Unterschied besteht (7,6 und 13,8mA I(D1)).

Die Brummspannung hängt auch von den inneren Werten der Bauteile
(parasitärer Innenwiderstand, Induktivität, Luftspalt) ab.

Gibt es eigentlich ein SwCad-Kurzanleitung?

Autor: Marcus (Gast)
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Hallo Timo,

das gilt bei einer Zweiweg-, Brückengleichrichtung wir waren aber
thematisch bei einer Einweggleichrichtung (Diode an 230V).

Hallo Karl-Heinz,

Ich habe den Siebelko heute naht wohl nicht mehr ganz wahrgenommen,
zumindest nicht über das ganze Post hinweg. Du hast natürlich recht,
dass es nach der Siebung zu einer Spannungsüberhöhung kommt und auch im
belasteten Zustand die gleichgerichtete Spannung nahe der
Spitzenspannung liegt. Meine ersten Aussagen waren nämlich auf die
Aussagen:
ist 230 volt nicht der mittelwert!? bin da nicht so bewandert!?
wenn bei beiden halbwellen das mittel bei 230V liegt, und eine hw
fehlt, dann müssten/könnten es ja 115V sein, oder!?

Marcus

Autor: Karl-heinz Domnick (kalledom)
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Also, ich muß Euch ganz ehrlich sagen, ich habe kein Problem mit 230VAC
an LED's und fehlenden Halbwellen, Mittelwert und weis der Kuckuck was
sonst noch, ich baue so was nicht und es käme mir auch nicht in den
Sinn, so was zu bauen !
Aber wer es denn gerne so aufbauen möchte, wird sehen, auf welchse
Probleme er da stößt und muß damit leben.
Auch ich würde mit 12...24V= arbeiten; da kann man schnell mal PWM
draus machen und die Helligkeit regeln, benötigt nur ein kleines
Steckernetzteil und ist damit auf der 'sicheren Seite'.

Eine konkrete Antwort oder Berechnung bezüglich 100mA ...1000mA Last,
welche Spannung, welcher Brumm .... habe ich bisher noch nicht
bekommen. Es interessiert mich jetzt, was für eine Spannung mit welchem
'Brumm' denn bei einer Einweggleichrichtung mit 1.000µF und 100mA Last
tatsächlich da ist. Vielleicht lade ich mir auch mal dieses
Simulations-Programm, da mein WorkBench für so was nicht besonders
geeignet ist.

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