Weiter ändert sich die benötigte Spannung auch durch die Umgebungstemperatur und auch durch die Eigenerwärmung, und in kleinen Teilen sogar
vom Umgebungslicht ,dabei kann man sich die Led als Warmleiter vorstellen, also je wärmer eine Led umso mehr Strom fließt und wenn dann mehr Strom
fließt wird sie wiederum wärmer und es fließt noch mehr Strom, das geht so weiter bis sie sich selbst zerstört.
Um das zu verhindern muss der Strom begrenzt oder geregelt werden.
Nun das ist mit der heutigen Technik grundsätzlich kein Technisches Problem wohl aber wenn es darum geht Verluste so gering als möglich zu halten.
Zudem benötigen Leds eine Gleichspannung was zu einem weiteren Problem führt da unsere Netzspannung Wechselspannung zu Verfügung stellt,
und mann ja heute die Leds auch als Wohnraumbeleuchtung benötigt und in den Handelsüblichen Fassungen einschrauben möchte.
Um eine Standard Led anzuschließen benötigen wir zumindest einige Daten aus dem Datenblatt.
Dabei sind die wichtigsten die Durchlassspannung meist als U_Forward für Vorwärtsspannung bezeichnet und den Durchlassstrom ( auch Vorwärts Strom).
Rechts der Auszug aus einem Original Datenblatt vom Hersteller, einmal die 3,3 Volt Spannung die den Mittelwert der benötigten Spannung angibt und rechts daneben der Strom der fließt beim Standard Betrieb und dieser Strom muss geregelt werden damit er nicht unendlich hoch wird und die Led zerstört.
Nun ist die einfachste Möglichkeit den Strom einfach durch einen Vorwiderstand in seiner Höhe zu begrenzen, der Vorteil es ist einfach zu bewerkstelligen und kommt mit wenigen Bauteile aus.
Der Nachteil ist das Spannungsschwankungen durch die Betriebspannung , hier also durch die Batterie und auch Stromschwankungen durch Eigenerwärmung der Bauteile usw. nicht ausgeglichen werden und sich in Form von höhere Verluste oder sogar durch Schwankungen in der Helligkeit der Led bemerkbar machen.-
Wenn wir nun auch wissen das die Led nur einen Strom von 20 mA verträgt, können wir davon ausgehen das wenn durch die Led 20 mA fließen , dieser Strom auch in der gleichen Höhe durch den Widerstand fließt.
Somit haben wir den Strom am Widerstand und die Spannung am Widerstand und können mit einer einfachen Formel ausrechnen wie groß der Widerstand sein muss.
Dazu benutzen wir folgende Formel:
R=U/I
U=Spannung
R= Widerstand
I = Strom
also Widerstand = Spannung durch Strom
gleich Widerstand = 8,7 Volt / 0,02 Ampere = 435 Ohm
Die Formel sieht folgendermaßen aus:
P=U*I
P=Leistung
U= Spannung
I=Strom
P= 8,7V mal 0,02A = 0,17 Watt
Und jetzt noch die Leistung der Led
P= 3,3V mal 0,02 A = 0,06 Watt
Wir erkennen das der Verlust am Widerstand fast drei mal so groß ist als die Leistung der Led selber ,somit ist das keine besonders Wirtschaftliche Lösung.
In Euro ausgedrückt kostet die Led im Jahr bei einem Aktuellen Strompreis von 23 Cent / KW ca. 12 Cent , der Verbrauch am Widerstand aber noch einmal 34 Cent.
Um die ganze Sache wirtschaftlicher zu machen kann man nun mehrere Led's in Reihe schalten so das wir annähernd an die Betriebsspannung heran kommen.
Wir berechnen die Verlustleistung die am Widerstand entsteht:
P=U*I
P=Leistung
U= Spannung
I=Strom
Die Werte von Strom und Spannung am Widerstand sind vorhanden also braucht nur noch die Leistung berechnet werden
P=U*I
P= 2,1V mal 0,02A = 0,042 Watt
Und jetzt die Leistung der Led
P= 3,3V mal 0,02 A = 0,06 Watt
da es aber drei Led's sind nehmen wir die Leistung mal Drei
und kommen auf 0,18 Watt
Im zweiten Beispiel war die Unnütz verbrauchte Leistung schon vier mal kleiner als die Leistung der Led.
Wir lernen daraus das die Betriebsspannung nicht bedeutend höher sein sollte als nötig.
Sollten also mehrere Leds angeschlossen werden , ist es daher ratsam sie in Reihe zu schalten.
Hier als Beispiel ein Regler vom Typ LM 7805
Dieser Regler arbeitet bei eine Eingangsspannung zwischen 6 und 30 Volt.
Die größe des Widerstand bestimmt die Höhe des Konstantstromes.
Der Widerstand berechnet sich folgendermaßen:
R= Stabilisierte Spannung / Konstantstrom
R= 5 V / 20 mA
R=250 Ohm.
Aber auch hier werden die Verluste einfach nur in Wärme umgesetzt.
Wird eine oder mehrere Leds an Wechselspannung angeschlossen darf die Spannung in Sperrichtung den zulässigen Wert, der dem Datenblatt
zu entnehmen ist nicht überstiegen wird. Sperrrichtung nennt man die Richtung in der die Led praktisch falsch gepolt angeschlossen ist.
Eine Wechselspannung von 24 Volt effektiv hat Spitzenwerte von 16,9 Volt Positiv bis 16,9 Volt Negativ, somit fallen in Vorwärtsrichtung der Led eine Spannung von ca 2-4 Volt je nach Farbe der Led ab.
In Rückwärtsrichtung fällt allerdings die volle Spannung von 16,9 Volt an der Led ab, was eindeutig zu viel für die Led ist und diese somit zerstören würde wie viel Spannung eine Led in dieser Rückwärts oder auch Sperrrichtung verträgt muss dem Datenblatt entnommen werden , liegt in der Regel aber so bei 5 Volt.
Dazu muss die benötigte Kapazität nach folgender Formel berechnet werden
C= Kapazität
I = Strom
f = Frequenz
U = Spannung
6,28 = Kreisfrequenz ( 2* Pi)
Kapazität = Strom /(2 * Pi * Frequenz * Spannung)
Kapazität = 0.02A /( 6,28 * 50Hz * 21,5Volt)
Kapazität = 0.02 / 6751
Kapazität = 2,9 uf
Anstatt eines Widerstand von 1,2 Kilo kann ich also einen Kondensator mit einer Kapazität von 2,9 uF einsetzen mit dem Vorteil das nahezu keine überflüssigen Verluste enstehen.
| Beim
ansteuern von Leds haben wir also immer das Problem das Leistung
nutzlos vergeudet wird meist umgewandelt in Wärmeenergie. Wollen wir Leds mit einer Leistung von 1 oder gar 3 Watt und höher betreiben, wird diese Problem immer größer, eine Möglichkeit das halbwegs ohne großen Aufwand in den Griff zu bekommen ist folgende Schaltung: |
Hier reicht es aus einen Widerstand mit einer Leistung von 0,36 Watt einzusetzen, während die Leds insgesamt eine Leistung von 14,7 Watt bereitstellen.
