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Author Topic: Grundsatzfrage LED - Vorwiderstände  (Read 781 times)
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Auch wenn wir das Thema in diversen Threads schon hatten, wäre mir ein einer grundsätzlichen Aufklärung in Bezug auf verschiedene Beschaltungen von LEDs mit Vorwiderständen gelegen.
Das Bild stellt die aus meiner Sicht möglichen Beschaltungen dar.

Variante C ist dabei auf jeden Fall die sicherste, weil der Ausfall einer LED die anderen nicht beeinflusst. Will man aber entsprechend viele LEDs schalten (bei meinem aktuellen Projekt wären es über 30 LEDs in 8 getrennt geschalteten Gruppen), wird es schnell eng mit den Widerständen auf der Platine. Der Widerstand wäre einfach ( Vcc - Vled ) / 20mA für jede einzelne LED

Variante A ist wohl auch üblich, brigt aber das Risiko, das der Ausfall einer LED die komplette Kette killt. Entweder direkt wenn die Leitung unterbrochen ist, oder indirekt bei einem Kurzschluss weil damit der fliessende Strom steigt (Voltage Drop der kurzgeschlossenen LED fehlt). Der Widerstand hier wäre dann ( Vcc - (Vled1 + Vled2 + Vled3) ) / 20 mA

Variante B ist laut diverser "Google"-Treffer auch nicht sonderlich geeignet, weil sich hier wohl die Ströme aufgrund der Bautteiltolleranzen unterschiedlich auf die LEDs verteilen. Hier bin ich mir mit meinem prfunden Halbwissen aber nicht ganz sicher ob meine Annahme über das "Warum" stimmt. Da die LEDs eine Parallelschaltung bilden, fließt durch jede erstmal der gleiche Strom (unter der Annahme das es ein "ideales" Bauteil ist). Der Widerstand würde sich dann ja wiefolgt berechnen ( Vcc - Vled ) / ( 20 mA + 20 mA + 20 mA), weil sich die Ströme addieren. Ich hoffe das stimmt. Da die LEDs aber keine "idealen" Bauteile sind, sind die Ströme aber am Ende eben nicht gleich und würden sich ggf. auf 16 mA, 18 mA und 26 mA verteilen. Die LED die am meisten Strom abbekommt, geht dann als erste kaputt, was dann dazu führt, das sich der Strom plötzlich auf 2 statt 3 LEDs verteilt und diese dann auch zerstört.

Nun meine Frage: Wenn ich nun bei Variante B den Strom so wähle, das der maximale Strom der fliesst der ist, den eine LED verkraftet, aber 3 LEDs parallel anschliesse. Die 3 sind dann zwar entsprechend dunkler, das könnte ich aber in Kauf nehmen. Wenn eine LED 30 mA max verkraftet, würde sich der Strom mit 10 mA im Mittel auf alle 3 LEDs verteilen, auch wenn es bauteilbedinge Schwankungen gibt und ggf. die LEDs nicht alle gleich hell wären, dürfte zumindest keine LED überlastet sein. *verdammt* noch immer kein Fragezeichen  smiley-eek
Ok, liege ich komplett daneben, oder könnte das funktionieren ?

Und ja, ich habe es getestet.

Variante A mit 12 V und 330 Ohm fliesst bei 3 roten LEDs in Reihe ein Strom von 19mA
Variante B mit 12 V und 330 Ohm fliesst bei 3 roten LEDs Parallel ein Strom von 30.9, 31.1 und 31.3 mA (bei 1 2 und 3 LEDs parallel)
Variante B mit 12 V und 1 kOhm fliesst bei 3 roten LEDs Parallel ein Strom von 10.1, 10.2 und 10.3 mA (bei 1 2 und 3 LEDs parallel)

Damit bestätigt sich allerdings meine Theorie von den addierten Strömen bei einer Parallelschaltung nach Variante B nicht.

Und nun bin ich gespannt auf Eklärungen warum das zum Einen so ist und warum ich zum anderen Variante B nicht nehmen sollte?

Mario.


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Die Version B ist gefährlich da die Produktionstolleranzen sich in verschiedenen Vled bei gleichem Strom äußern.
Da die U/I Kennlinie der LED eine expotentielle Diodenkennlinie ist bedeutet das daß einem kleinen delta-U ein großes delta-I entspricht. Eine LED mit zB Vled von 1,4V paralell zu 2 LED mit Vled 1,5V bekommt nicht etwas mehr Strom ab, sondern viel mehr Strom.

Generell gehe ich nicht davon aus, daß die LED wegsterben wie die Fliegen. LED halten mehr als 100000 Betriebsstunden aus!!! Das sind 11 Jahre Dauerbetrieb!! Schnelleres Altern durch zu hohe Temperatur bei nicht richtiger Kühlung. Die Betriebsstunden beziehen sich auf einen Helligkeitsabfall auf 50% Anfangshelligkeit. Darum sind Deine Überlegungen wegen Verhalten bei Ausfall einer LED hinfällig.

Man muß 2 Möglichkeiten berücksichtigen:
1) ich benutze die LED zu Anzeigezwecke und brauche nicht die maximal mögliche Helligkeit der LEDs
2) ich benutze die LED zu Beleuchtungszwecke und will die max Helligkeit herausbekommen.

Im Fall 1) kannst Du den Strom bzw Vorwiderstand so bemessen daß eine LED mit niedrigerer Vled nicht mehr als den zulässigne Strom abbekommt. Ich ziehe aber dennoch Schaltung A vor, da diese bei angepasster Betriebsspannung weniger Verlustleistung als C produziert und sicherer und Stromsparender als B ist. Angemessene Betriebsspannung verstehe ich, daß der Spannungsabfall am Vorwiderstand nicht zu groß ist (ca 2V) bzw auch nicht zu klein damit Spannungschwankungen in nicht zugroßen in Stromschwankungen übersetzt werden. Ein delta-U von 0,1V bei 2V entspricht 5% Stromänderung, bei 0,5V einer Stromänderung von 20% bei angenommener konstanten Vled.

Im Fall 2) frag ich mich, wieso man 30 LED kaufen soll, wenn 10 LED mit Nominalleistung betrieben, die gleiche Helligkeit liefern würden. Also Schaltung C oder besser wegen des besseren Wirkungsgrad A.

Lies dir mal durch:
http://www.mikrocontroller.net/topic/161131 3 LED paralell
http://www.mikrocontroller.net/topic/158836 Ohne Vorwiderstand
http://www.mikrocontroller.net/articles/LED Grundinfo LED
http://www.mikrocontroller.net/topic/219681#2197034 ein an der Menschheit beüglich LEDansteuerung zweifelnder Mensch mit eigenen Testreihen. 

Grüße Uwe
« Last Edit: November 20, 2012, 04:10:31 pm by uwefed » Logged

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Treffen sich 2 LEDs an der Autobatterie: "Laß uns schnell was rauchen".

Habs mir nicht verkneifen können  smiley-wink smiley-wink smiley-wink smiley-wink smiley-wink
Grüße Uwe
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Hallo Uwe,

vielen Dank für die ausführliche Antwort. Ja, die Zahl der LEDs ist notwendig, da es um den Nachbau einer 8-Segment Anzeige geht. Da ich später mehrere dieser Display-Elemente verwenden will, möchte ich schon aus Platzgründen bei 30 LEDs keine 30 Widerständer verbauen. Evtl. freunde ich mich ja noch mit SMD-Bauteilen an, dann ist das kein Problem. Aktuell will ich aber Drahtwiederstände verwenden. Da es ein Prototyp ist, werde ich wohl maximal je 3 LEDs mit einem Vorwiderstand betreiben und schauen wie es läuft.

Achso, der mit den 2 LEDs und der Autobatterie ist gut :-) Ich werd dran denken wenn die ersten LEDs sterben  smiley-mr-green

Mario.
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Zu Variante B gibt es auch noch die möglichkeit einer Konstanstromquelle für die Reihenschaltung die begrenzt den Strom aktiv unabhänig der Eingangsspannung und des Voltage drops auf der Lastseit siehe hier (zweite Schaltung).
http://www.elexs.de/kap5_9.htm
Man kann dann hier auch eine PWM Reglung vom PWM Ausgang des Arduinos vornehmen. Mit deinem Ausgang des Ardus gehst du über einen Widerstand (100Ohm) an den linken Transistor Kollektor und Basis des rechten Transitors. Damit kannst du dann das ganze Dingen ein und aus schalten. Man kann dies Dingen als dynamischen Widerstand betrachten. Man muss hier auf größe des rechten Transitor achten wg. der Verlustleistung ähnlich deines Vorwiderstandes. Dies schaltung so wie sie da ausgeführt ist auch "nur" Masseschaltend also sie muss auf der Masseseite der LEDs genutzt werden. Sie kann auch auf der Plusseite mit PNP Transen gemacht werden gibt aber Probleme mit dem ansetuern über einen Digital OUt
Gruß
Der Dani
« Last Edit: November 21, 2012, 02:12:14 am by volvodani » Logged

So ist das Leben:
Manchmal bis du das Denkmal, manchmal die Taube!

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20 LEDs are enough
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SMD Widerstände sind die richtige Antwort. 1206 ist einfacher zu löten als Drahtwiderstände und braucht trotzdem weniger Platz. 608 ist auch noch sehr einfach. Wichtig ist nur genug Flußmittel smiley-wink
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