Superhelle LED´s über Solar betreiben/beschalten

[Klingon77]

hi,

ein wenig off-topic aber ich möchte es gerne wissen.

Für mein Gartenhaus habe ich als Not- und Nachtbeleuchtung in die Decke 36 superhelle LED´s (3,2V 30mA) eingebaut.
Im Moment laufen die noch über ein altes Rechnernetzteil jeweils zu viert in Reihe an 12V.

Nun habe ich aber dummerweise noch einen Quadratmeter Solarkollektoren im Garten rumstehen, nebst Akku und Laderegler.

Nun möchte ich, daß die LED´s nachts per Dämmerungsschalter (hab ich schon als Bausatz) eingeschaltet werden.
Der Dämmerungsschalter und die LED´s sollen über die Photvoltaikanlage mit Strom versorgt werden.

Der Akku bringt nun aber bis zu 14,4V.
Der Spannungsunterschied der 12V - 12,8V der vier in Reihe geschalteten LED´s zu den 14,4V des Akkus ist zu gering um einen Spannungsregler einzusetzen.
Die Akkuspannung kann ja auch auf unter 12V sinken.

Ich möchte aber auch vermeiden, daß die LED´s mit 14,4V eine Überspannung bekommen und frühzeitig ihr "Leben aushauchen".

Was kann ich tun?

Gruß, Klingon77

[SprinterSB]

1)
Die Spannungsdifferenz zwischen den 14V Akku und den 4*V_F bekommst du nicht über nen Spannungsregler, sondern über einen Vorwiderstand. Der ist notwendig zur Strombegrenzung.

2) Ob es gut ist, den Akku tief zu entladen, kommt auf den Akku an. Nicht alle Akkus mögen das...

3) Falls die Spannung deutlich unter 14V liegt, zB 3*V_F könnte sich ein IC lohnen, das eine PWM macht und damit ein C füttert. Am C sollten U_min und U_max einstellbat sein. Das kann man machen über 2 Komparatoren (OPs) oder nen Schmitt-Trigger, dessen Hysterese von U_min bis U_max reicht. Geschaltet werden die LEDs dann über einen Transi, zB FET. Eine PWM ist hier besser als ein Linearregler oder Widerstand, weil das die Spannungsdifferenz nicht durch Abwärme erzeugt. Auch bei dieser PWM-Lösung sollten dir die LEDs Vorwiderstände wert sein. Falls dir ein µC sympathischer ist als OPs, dann leistet auch ein kleiner µC (zB tinyAVR) gut e Arbeit als PWM-"Fest"spannungsregler.

[Klingon77]

hi,

ging ja schnell, und dann zu so später Stunde!!!

Danke für die Antwort.

Den Akku will ich nicht tiefentladen. Die Akkulade-Reglung wirft ihn bei 11,5 V ab. Das ist nicht das Problem.

Wenn die LED´s dann ein wenig dunkler sind (bei 11,5V) ist das nicht so schlimm.

Welchen Vorwiederstand würdest Du mir denn empfehlen?

An W habe ich 3,24 errechnet (12V * 0,03A * 9 Einheiten).
Sollte ja ein 5W Typ reichen. Aber der Wert ist mir nicht klar, da ja die LED´s auch noch einen eigenen Wiederstand haben und die 5W- Typen zu teuer sind um sie zum testen zu kaufen.

Gruß, Klingon77

[SprinterSB]

Die Förwärtsspannung der LED findest du in ihrem Datenblatt, üblicherweise als V_F.

Hängst du 3 der Teile in Reihe und ist V_F = 3.2V, dann fallen über allen LEDs nach Adam Riese 9.6V ab. Bei UB = 14V verbleibt eine Spannungsdifferenz von
UB-3·V_F = 4.4V
Da die Teilchen mit 30mA gefüttert werden sollen (ist wohl I_max und bei 25mA sind die genauso hell), wählst du den Vorwiderstand zu 4.4/30 V/mA = 1.46kΩ, also R=1.5kΩ.

Bei 4 LEDs zu 25mA:
R = (14-4*3.2)/25 V/mA = 480 Ω, also zB R=470Ω und sie müssen 25.5mA schlucken.

[Klingon77]

hi,

das macht dann bei meinen vier in Reihe liegenden LED´s:
4+3,2V = 12,8V

und zu den 14,4V UB verbleibend dann somit 1,6V, die am Wiederstand abfallen müssen.

nach U*R/I :

(14,4V - 4*3,2V) / 0,025A = 64 Ohm

Richtig?

Danke nochmals für Deine Bemühungen!
Du bist eindeutig der größere Nachtschwärmer von uns beiden.
Ich hatte nämlich nach meiner letzten Nachricht "das Handtuch geworfen" und bin ins Bett.

Gruß, Klingon77

[Artur]

...?

An W habe ich 3,24 errechnet (12V * 0,03A * 9 Einheiten).
Sollte ja ein 5W Typ reichen. Aber der Wert ist mir nicht klar, da ja die LED´s auch noch einen eigenen Wiederstand haben und die 5W- Typen zu teuer sind um sie zum testen zu kaufen.

...

Hi ,
das solltest jetzt aber etwas genauer erklären:

"9 Einheiten" - was soll das sein?
"LED´s auch noch einen eigenen Wiederstand " - wie kommst drauf ? Oder sind das doch 12V-LED's


Gruss
Artur

[Klingon77]

hi,

ich habe jeweils 4 LED´s (a´3,2V) in Reihe an 12V.

Diese Konfiguration habe ich "Einheit" genannt.

davon habe ich 9 Einheiten parallel geschaltet.

Ergibt 36 LED´s

Gruß, Klingon77

[sigo]

Hi Klingon,

LEDs benötigen für den sicheren Betrieb einen Konstantstrom oder wenigstens einen begrenzten Strom. Du kannst dir das Ersatzschaltbild der LED als eine Spannungsquelle (Durchlassspannung) in Reihe mit dem recht kleinen Innenwiderstand vorstellen.

Jede Änderung der angelegten Spannung führt zu einer viel größeren Änderung des Stroms durch diese Schaltung.

Daher kann man LEDs nicht einfach parallel ohne Vorwiderstand an eine Spannungsquelle hängen, besonders nicht, wenn die Spannung variiert.

Beispeilrechnung:

Nehmen wir an, dass die Durchlassspanung deiner LEDs z.B. 2,5V bebeträgt und konstant sei. Bei 30mA beträgt die Spannung laut Datenblatt dann 3,2V. D.h. im Ersatzschaltbild würden 2,5V an der Diode abfallen, sowie 0,7V über dem Innenwiderstand @ 30mA.

Somit betrüge der Innenwiderstand der LEDs dann also

0,7V / 0,03A = 23Ohm


Bezogen auf die 4 Dioden in Reihe heißt das also dann 10V Durchlassspannung und 2,8V über dem gemeinsamen Innenwiderstand von ca. 100 Ohm (4x23)

Wenn die Spannung jetzt auf z.B. 14,4V steigt, "sieht der Innenwiderstand aber nicht mehr 2,8V sondern 4,4V.
Somit fließen dann nicht mehr knapp 30mA sondern eben knapp 50mA. Und es können auch mal noch mehr als 14,4V werden.

Wenn dann die Durchlassspannungen der Dioden noch sinken (und mehr Spannung an den Innenwiderständne anliegt), wird der Strom noch größer. Die Spannung kann z.B. sinken, da sie temperaturabhängig ist, siehe Datenblatt..

Also muss eine Konstantstromquelle her, oder wenigstens ein Vorwiderstand...der diese Schwankungen reduziert.

Z.B. würde man nur 3 LEDs in Reihe schalten und dann einen Widerstand nehmen, der bei 14,4V noch 30mA zulässt.

Bei 3 LEDs müssten also dann bei 30mA 9,6V an den LEDs abfallen, und 5,8V am Vorwiderstand. Der also dann 5,8V / 0,03A groß sein muss.

Bei 12V wäre der Strom zwar dann kleiner aber nicht so sehr...

Die bessere Alternative ist eine Konstantstromquelle. Diese kann man mit einem FET realsieren oder mit 2 Transistoren. Das kannst du mal googlen.

Wenn du noch effektiver werden möchtest und vor allem auch deine 4er Ketten betreiben möchtest, kannst du mal nach LED-Treiber-Schaltungen suchen. Dafür gibts jetzt tolle Chips von Maxim, Linear Technology und anderren, die dann mittels Schaltregler einen Konstantstrom erzeugen..

Sigo

[Klingon77]

hi,

danke für die ausführliche Erklärung!
Werde das mal googeln mit der Konstantstromquelle.
Leider kann ich bedingt durch meine Verdrahtung nur die Viererketten anschließen.

Gruß, Klingon77

[Richard]

hi,

Nun möchte ich, daß die LED´s nachts per Dämmerungsschalter (hab ich schon als Bausatz) eingeschaltet werden.
Der Dämmerungsschalter und die LED´s sollen über die Photvoltaikanlage mit Strom versorgt werden.

Gruß, Klingon77

Moin moin,

Ich würde einfach ein paar normale Dioden in Reihe schalten, pro Diode fallen 0,6 V ab. Also 4 x 3,2 + 2 x 0,6 und Du hast Deine 14 V.
Ganz ohne Elecktronik! :-)

Gruß Richard

[Artur]

...
Ich würde einfach ein paar normale Dioden in Reihe schalten, pro Diode fallen 0,6 V ab. Also 4 x 3,2 + 2 x 0,6 und Du hast Deine 14 V.
Ganz ohne Elecktronik! :-)

...

Jau,
das würde auch stimmen - Ja wenn's um Spannung gehen würde , Tut's aber net. Hier ( für LED's ) muss der Strom begrenzt werden ;-)

Da gibt's von Infineon ( von den anderen evtl auch ) LED-Power-Management-IC's di könnten dir evtl helfen.
Brauchst allerdings für jede "Kette" ein eigenen Regelkreis ( wie immer der auch aussehen mag )

Oder ein kleinen Step-Up-Regler ( auf ca. 16-20V ) und einfache R's als Strombegrenzer.

Die Dinger für ca.0,5A sind schön Klein , und du hast die Sicherheit das das ganze auch noch bei 12V funktioniert.

Gruss
Artur

[Klingon77]

Also erst ein Step-Up Regler und dann den Infineon dahinter.

Eine Kette ist einfach 4 LED´s in Reihe, damit es an 12V funzt.

Davon habe ich dann 9 "Ketten" parallel (macht 36 LED´s) an 12V.

Gruß, Klingon77

[Richard]

...
Ich würde einfach ein paar normale Dioden in Reihe schalten, pro Diode fallen 0,6 V ab. Also 4 x 3,2 + 2 x 0,6 und Du hast Deine 14 V.
Ganz ohne Elecktronik! :-)

...

Jau,
das würde auch stimmen - Ja wenn's um Spannung gehen würde , Tut's aber net. Hier ( für LED's ) muss der Strom begrenzt werden ;-)
Artur

Nur wenn "überflüssige" Spannung, also Spannung überhalb der Dioden
Spannung gibt. Wenn Du eine 3,2 V Diode mit 3,2 V Betreibst brauchst Du
auch keinen R. Man kann natürlich auch einen R einsetzen, für die 1,8 V welche bei 30 mA verbraten werden müssen währe das dann 60 Ohm.

Gruß Richard

[Klingon77]

ok:

Dann lag ich mit meinen 64 Ohm bei schonenden 25mA gar nicht so daneben.

Vielen Dank für eure zahlreichen Vorschläge und Erklärungen.
Nun bin ich ein wenig schlauer!

Ich glaube ich "gehe erst mal den Weg des geringsten Wiederstandes/Aufwandes" und hänge einen 60 oder 70 Ohm 5W Vorwiederstand dran. Falls die LED´s dann doch anfangen sollten, abzurauchen wähle ich den Weg des Step-up´s und der Infineon IC´s.

Gruß, Klingon77

[Artur]

...
Dann lag ich mit meinen 64 Ohm bei schonenden 25mA gar nicht so daneben.

...
und hänge einen 60 oder 70 Ohm 5W Vorwiederstand dran...

Wieso 5W ?

sind doch ca 2V und 30mA was am Wiederstand verbraten wird ;-)
- wären als max 60mW :-b
Und jede 4-Reihe bekommt eigenen Wiederstand


Gruss
Artur

[Klingon77]

jo,
hast natürlich Recht.
Ich habe falschrum gedacht und mit 12V gerechnet!

Gruß, Klingon77

[Klingon77]

hi,

um das Thema zum Abschluß zu bringen:

Ich habe nun sogar 150 Ohm Wiederstände in Reihe zu jeweils 4 Leuchtdioden gehängt. Die Leuchtstärke ist nur unmerklich gesunken und immer noch ausreichend um als Notbeleuchtung zu dienen!

Danke für eure Hilfe!

Gruß, Klingon77

[Richard]

hi,

um das Thema zum Abschluß zu bringen:

Ich habe nun sogar 150 Ohm Wiederstände in Reihe zu jeweils 4 Leuchtdioden gehängt. Die Leuchtstärke ist nur unmerklich gesunken und immer noch ausreichend um als Notbeleuchtung zu dienen!

Danke für eure Hilfe!

Gruß, Klingon77

Moin moin,

LED`s müssen jeweils einzeln einen Vorwiderstand haben! Der Innenwiderstand ändert (sinkt) mit der Stromstärke durch die jeweilige LED. Die LED mit den zufällig niedrigsten Innenwiderstand wird immer heller die anderen Dunkler, bis die Helle abfackelt. Danach bekommt um so schneller die Nächste LED den Todesstoß.....

Bei 3 mA LED und 12 V sollte je nach LED Typ so etwa rund 2k7 Widerstände (für jede LED einen) passend sein.

Gruß Richard

[steep]

Sorry Richard, das verstehe ich jetzt nicht.
Wie soll denn bei einer LED-Reihenschaltung innerhalb der Reihe eine LED mehr Strom bekommen?
Der Strom im Strang bleibt doch an jedem Punkt der selbe.

[ogni42]

Richard, das gilt nur für parallel geschaltete LEDs. Klingon hat die aber, wie er oben schreibt, in Reihe geschaltet.

[steep]

Ich habe nun sogar 150 Ohm Wiederstände in Reihe zu jeweils 4 Leuchtdioden gehängt. Die Leuchtstärke ist nur unmerklich gesunken und immer noch ausreichend um als Notbeleuchtung zu dienen!


Du kannst anstelle des Widerstands ganz einfach einen N-Kanal-Fet (zBsp. BF245C), bei welchem Du das Gate direkt mit dem Source verbindest, als 2 pol. Konstantstromregler nehmen.
Je nach Fet bekommst Du so einen Konstantstrom zwischen 16 + 25mA, einfach ein paar BF245C durchprobieren.

Du schreibst, dass Du 4 LED in Reihe hast. Besser wäre aber nur 3 LED in Reihe zu schalten, weil dann die Regelung sauber läuft und Du eine gleichbleibende Helligkeit über den gesammten Spannungsbereich/Verlust von 11.6V/50mW - 14.4V/120mW max 25V/385mW bei 25mA hast.

[Klingon77]

hi Leute,

ihr seid ja echt ein hilfsbereites Volk!

ja, ich habe jeweils:
3 Stränge mit jeweils 4 LED´s in Reihe zusammengefasst.
Davor habe ich einen 150 OHM Wiederstand geschaltet.

anbei noch ein Bild zur Verdeutlichtung.

http://klingon77.roboterbastler.de/ZZZ%20Roboternetz%20Forum-Bilder/LED_Notbeleuchtung.jpg

Die Helligkeit ist, wie gesagt nur unmerklich gesunken!

Jede LED sollte nun den gleichen Strom bekommen!

Wenn sich mein (euer) Gedanke der Reihenschaltung nicht bewähren sollte (sprich, wenn die LED´s anfangen abzurauchen), dann werde ich Steeps Variante versuchen! Problem ist, daß ich keinerlei Erfahrung mit FET´s habe. Mit Vorwiederständen habe ich schon gearbeitet!

Na ja, wir werden sehen, ob es auch auf Dauer funzt - wenn nicht, habe ich dank euch einige Alternativen parat!!!


Nochmals Danke für die Hilfe!!!

Gruß, Klingon77

[steep]

Das Paralell schalten von den 3-Strängen am gleichen Widerstand ist falsch.
Jeder Strang muss zwingend über einen eigenen Widerstand resp. Fet verfügen.

Diese Massnahme wird die Kosten aber kaum in die Höhe treiben, weil ein Widerstand resp FET Pfenningware ist.

Noch eine Anmerkung zur Hintereinanderschaltung (Serieschaltung) der LED's. Deine LED haben nach Deinen Angaben 3.2V und die Minimalspannung der Batterie beträgt 11.5V
Jetzt nach der Rechnung 4*3.2V = 12.6V fehlen Dir 1.1V. Merke: Die Totalspannung der LED's sollte immer einen Tick unter der zu erwartenden Minimalspanung sein.
Nimm desshalb nur 3 LED hintereinander. Die gesammte Helligkeit ist dann mit 3 LED gleich gross wie vorher mit 4 und Du spaarst erst noch Kohle.

[Klingon77]

hi,

Die LED´s sind schon verbaut und das Kabel liegt schon unter der Decke. Das ganze ist verklemmt und angeschlossen - und funzt auch, wie beschrieben ganz gut!

Also: statt vier nur 3 LED´s an einen Strang wird sehr aufwändig.

Die Stränge könnte ich aber noch jeweils über einen eigenen Vorwiederstand schalten, da die Verschaltung weiterhin zugänglich ist.
Nur - warum?
Nach dem Ohmschen Gesetz sollte doch in jedem Strang der gleiche Strom fließen.
Wo ist mein Denkfehler???

Aber:

Für den Außenbereich um die Saunahütte und rund ums Haus/Garage plane ich ähnliches. Dann werde ich Deine Variante einbauen! Hört sich besser an, als ein einfacher Vorwiederstand.

Gruß und Dank,

Klingon77

[steep]

Also: statt vier nur 3 LED´s an einen Strang wird sehr aufwändig.

Bei 4 Led's hast du mit 12V zuwenig Spannung um die LED's mit voller Leuchtkraft zu betreiben. Vermutlich wird die Lichtausbeute grad mal bei ca 50% oder weniger liegen.
Bei der FET-Methode muss zum einwandfreien Regeln ein minimaler Spannungsüberschuss von ca 2V sein.


Die Stränge könnte ich aber noch jeweils über einen eigenen Vorwiederstand schalten, da die Verschaltung weiterhin zugänglich ist.
Nur - warum?
Nach dem Ohmschen Gesetz sollte doch in jedem Strang der gleiche Strom fließen.


LED's neigen zum Selbstmord, man kann sie nicht wie normale Widerstände betrachten. Durch die unweigerliche Erwärmung des Chips beim Stromdurchfluss sinkt der Widerstand. Dadurch fliesst noch mehr Strom durch den Chip, was diesen noch weiter erwärmt usw. Aus diesem Grund darf man die LED's nie direkt an eine Spannungsquelle anschliessen.
Wenn du also nur einen Widerstand für 3 Stränge nimmst kann im ungünstgsten Fall der 3fache Strom durch einen Strang fliessen.

[Klingon77]

hi,

danke für die Aufklärung!

Dann werde ich das rumschrauben/-klemmen.

Gruß, Klingon77

[Richard]

Richard, das gilt nur für parallel geschaltete LEDs. Klingon hat die aber, wie er oben schreibt, in Reihe geschaltet.

OK. wer lesen kann ist im Vorteil. :-((((

Gruß Richard