Vorwiderstandsberechnung für LEDs

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1 B.Bulut (bx61)

2 Inhaltsverzeichnis Thema Seite 1 Einleitung 1 2 Datenblatt vom LED 1 3 Vorwiderstand für eine LED Bedeutung der Abkürzungen Vorwiderstand für mehrere LEDs 3 4 Parallelschaltung von LEDs 3 5 Verlustleistung am Vorwiderstand 4 Quellenangaben

3 1. Einleitung Der Widerstand für eine oder mehrere LEDs kann vorgeschaltet oder nachgeschaltet werden. Die Bezeichnung für den Widerstand ist deswegen unabhängig von der Verschaltung und wird Vorwiderstand genannt. Die Gesamtspannung wird in einer Reihenschaltung an den Widerständen aufgeteilt. In diesem Fall bilden der Vorwiderstand und die LED eine Reihenschaltung. Die Betriebsspannung der LED wird von der Gesamtspannung abgezogen und man erhält die Differenzspannung. Die Differenzspannung muss von der LED durch einen Vorwiderstand ferngehalten werden. Um den Vorwiderstand zu berechnen, muss das Ohmsche Gesetz angewendet werden. 2. Datenblatt vom LED Das Datenblatt der LED stellt viele Informationen zur Verfügung und man findet sie meistens im Internet als PDF Datei auf der Hersteller Seite. Dort findet man z.b Informationen für die Betriebsspannung, für den Betriebsstrom und für die Leuchtstärke usw. Beispielsweise: minimale Betriebsspannung* optimale Betriebsspannung* maximale Betriebsspannung* 2,8V 2 ma 3,3V 20 ma 3,8V 50 ma Fällt an der LED weniger als die optimale Betriebsspannung ab, dann fließt weniger Strom durch die LED. Dadurch leuchtet sie nicht mehr so hell. Fällt an der LED weniger als die minimale Betriebspannung ab, dann fließt viel zu wenig Strom durch die LED. Dadurch leuchtet sie nicht mehr. Betreibt man eine LED mit der maximalen Betriebsspannung, dann gibt sie ihre beste Leistung ab, aber die Lebensdauer ist dadurch verkürzt. *Die Daten im Datenblatt können bei jeden Hersteller variieren. 3. Vorwiderstand für eine LED Der Vorwiderstand in einer Reihenschaltung berechnet sich aus der folgenden Formel: U R =U ges U D U R =12V 3.3V U R =8.7V R V = U R I R V = 8.7V 0.02A R V =435Ω 20/12/2011 B.Bulut (bx61) 1

4 3.1 Bedeutung der Abkürzungen UR = Differenzspannung UD = Betriebsspannung der LED I = Stromstärke Uges = Gesamtspannung D = LED RV = Vorwiderstand 3.2 Vorwiderstand für mehrere LEDs Bei mehreren LEDs in einer Reihenschaltung muss darauf geachtet werden, dass die Betriebspannung der LEDs zusammen die Gesamtspannung nicht überschreitet. U D1 3 =U D1 +U D2 +U D3 U D1 3 =3,3V +3,3V +3,3V U D1 3 =9,9V Wenn der verbrauch der LEDs mehr als die Gesamtspannung ist, dann verteilt sich die Gesamtspannung gleichmäßig auf die LEDs. (Gesamtspannung durch Anzahl der LEDs) 12V 4 =3V Also jede LED würde in diesem Fall 3V abbekommen. Im Datenblatt kann man ablesen, dass bei 3V Betriebspannung 5mA durch die LEDs fließen. Die LEDs leuchten somit nicht so hell. Ich verwende daher bei 12V Gesamtspannung 3 LEDs um die optimale Leuchtkraft zu erhalten. Da die Betriebsspannung bei 3 LEDs jetzt insgesamt 9,9V beträgt, ist sie kleiner als 12V und es gibt jetzt eine Differenzspannung von 2,1V. U R1 =U ges U D1 3 U R1 =12V 9,9V U R1 =2,1V Die Differenzspannung muss von der LED durch einen Vorwiderstand ferngehalten werden. R V1 = U R1 I R V1 = 2.1V 0.02A R V1 =105Ω Wenn ein Widerstandswert nicht verfügbar ist, dann könnte man einfach den nächst größeren Widerstandswert nehmen. 20/12/2011 B.Bulut (bx61) 2

5 4. Parallelschaltung von LEDs Bei mehreren LEDs in einer Parallelschaltung muss man darauf achten, dass die Stromstärke von der Spannungsquelle (Netzteil) nicht überschritten wird. In der Parallelschaltung teilt sich der Strom bei jedem Strang in Teilströme auf. Die Spannung ist jedoch überall gleich und deswegen kann man an einem Netzteil, das z.b. 5A zur Verfügung stellt, maximal 250 LED-Stränge anschließen. In diesem Fall sind in einem Strang 1-3 LEDs. 5000mA =250 Stränge 20ma So könnte man LED-Stränge parallel schalten So könnte man mehrere LEDs in Strängen parallel schalten. 20/12/2011 B.Bulut (bx61) 3

6 5. Verlustleistung am Vorwiderstand Elektronische Bauelemente wie z.b der Vorwiderstand, haben alle eine begrenzte Leistungsaufnahme die auch berücksichtigt werden müssen, sonst brennt das Bauelement durch. Im Datenblatt vom Bauelement steht meistens der maximale Leistungswert. Beim Stromfluss über den Vorwiderstand wird die Verlustleistung in wärme umgesetzt. Da die Verlustleistung am Vorwiderstand sehr hoch ist verwendet man die Vorwiderstände auch nur im ma-bereich. Bei höheren strömen verwendet man zur Spannungsherabsetzung Dioden oder Transformatoren. Bei der Rechnung wird die Leistung [P] nur mit der Stromstärke [I] und der Teilspannung [UR] der durch den Vorwiderstand fließt berechnet. Gegeben sind: Uges = 12V ; UD = 3,3V ; I = 20mA Gesucht sind: UR=? ; P=? U R =U ges U D U R =12V 3.3V U R =8.7V P=U R I P=8,7V 0,02 A P=0,174 W Es muss ein Widerstand ausgewählt werden der mehr als 0,174W aushält. Quellenangaben ( ) ( ) 20/12/2011 B.Bulut (bx61) 4