Viele LEDs verschalten

[ooAlbert]

Hallo,

ich hab 50 weiße Leuchtdioden:

Intensität: 9-10cd (mittel), 12cd (max)
Spannung: 3,2-3,3V
Strom:20mA, 50mA(max)

Ich hab vor 50 von diesen dingern zu verschlaten. Erst dacht ich es wäre über eine Reihe möglich aber da brauch ich eine imense Spannungsquelle, wenn ich das richtig verstanden habe. Mir stehen aber nur max. 4x1,5V zur verfügung aus Babyzellen.

Also wäre die Alternative die Paralellschaltung. wobei die auch nicht gerade einfacher zu baun ist ... zumal man da einen vorwiederstand barucht um die stromstärke zu begrenzen da wie ich lesen mußte LEDs unbegrenzt aufnehmen, also bis sie durchbrennen....

Hat da eventuell wer eine gute lösung für oder allgemein einige hinweise ?

mfg

[paulus000]

edit: Falsche Aussage, deswegen gelöscht.

[Gast]

je 2 babyzellen in reihe, macht ~3V, dann jede LED parallel, kannste ja dann direkt machen. Doof wird nur das mit zunehmender entladung die spannung weiter abnimmt. 50LED's bei 20mA macht ja auch immerhin 1A.... vll je 2 babyzellen parallel, da haste doppelte kapazität....

[ooAlbert]

hm, ich bin leider nicht so bewandert in der E-Technik :) aber wie ist das genau zu verstehen mit der paralellschaltung von stromquellen?

Man könnte ja auch einen 9V Block nehmen aber die haben nicht so viel Leistung wie eine "normale" Batterie

Es ist nur so, das ich mir nicht ganz im klaren bin wie man die dinger nun am blödsten verlötet... zumal die ja auch recht anfällig für spannungsschwankungen sind und schnell durchbrennen bei Stromstärkenüberschreitung...

[Annator]

Wenn du Spannungsquellen in Reihe schaltest kreigst du mehr Spannung raus. Wenn du sie Parallel schaltest mehr Stromstärke.
Pass aber auf das du gleiche Batterien nimmst die auch gleich stark aufgeladen sind.

Versteh nicht ganz was du mit Stromstärken überschreitung meinst. :)

Stell dir das so vor:

Du hast einen See und einen Staudamm. :)
Wenn du den Staudamm zu hast fließt kein Wasser (Strom) durch aber es liegt eine gewissen Spannung an (Druck des Wassers auf den Staudamm). Sobald du
den Staudamm öffnest fließt kontinuierlich Wasser durch (Das ist wieder der Storm). ;D Die Spannung bleibt aber gleich. (Wir gehen von einem großen See aus und einem kleinen Staudamm. :cool:

[Lethargica]

Was soll das denn für ne lustige Schaltung werden ? 50 LEDs bei 4 Babyzellen (ergo in dem Fall ja wohl jeweils 2 in reihe und die wiederum dann parallel) wird das Ganze nicht lange leuchten O.o

[anddill]

Die elektrisch richtige Schaltung wären 3 Batterien in Reihe, das ergibt ~5V bei vollen Batterien, ~4V bei fast entladenen Batterien. Du brauchst also einen Vorwiderstand von mindestens (5V-3,3V)/0,05A = 34 Ohm vor jeder der 50 LED´s. Dann fließt bei voller Batterie ein Strom von 50mA pro LED und insgesamt ergibt das 2,5A.

Gängige Alkaline-Monozellen haben etwa 6Ah, daß heißt also nach etwa 2h bist Du bei 4V angekommen. Dann fließen nur noch 20mA pro LED, die Helligkeit fällt also auf weniger als die Hälfte. Natürlich entlädt sich die Batterie gleichmäßig, so daß der Strom schon ab dem Einschalten kontinuierlich absinkt, aber 2h ist ein guter Richtwert.

Wenn Du diesen Verdunkelungseffekt reduzieren willst, mußt Du das Spannungsverhältnis zugunbsten des Widerstands verändern, also noch eine Batterie dazuschalten. Das wären dann etwa 6,6V bei voller Batterie und 5,3V bei entleerter. Der Widerstand muß dann 66Ohm groß sein, und der Strom bewegt sich zwischen 50mA und 30mA. Du bekommst also eine kostantere Helligkeit über die Zeit und kannst die Batterien noch etwas mehr "ausnuckeln"

Die LEDs direkt an 2 Batterien in Reihe anzuschließen klappt nicht. Bei vollen Batterien würden die LEDs fast verglühen, und dann sehr schnellnur noch glimmen, sobald die Batteriespannung auf die Höhe der Flußspannung gesunken ist.

[anddill]

Mit einem Widerstand kannst du keinen Strom begrenzen, nur Spannungen.
Die LEDs holen sich nur so viel Strom wie sie brauchen.

Nein, völlig falsch, und zwar beide Aussagen!

[ooAlbert]

öhm, ich hab mir schon gedacht das es eine ziemlich belastung ist für baterieen drum dacht ich eben gleich 4 stück zu nehmen die haben ja alle 1,5V was dann halt 6V wären ...

mal blöde gefragt warum muß vor jede LED ein wiederstand? ich dacht wnen ich direkt nach der baterie solch einen mache würe der das ganze system beeinflussen...?.?

wie ist das eigentlich mit der spannung beeinflußt die auch die helligkeit oder nur die Stromstärke?

Dann bin ich noch etwas um unklaren mit der Stromaufnahme, die dinger haben 20-50mA, gehen die eher kaputt wenn man die mit 50nA betreibt oder ist das egal?

aber geht es denn LEDs Paralell zu schalten? Weil ich hab da gegenteilige meinungen gelesen aber halt meißt sehr unausformuliert :) drum zu bezweifeln...


Also so in etwa hab ich mir das gedacht, so kann man das auch als Paralellschaltung finden. Jetzt dacht ich es reicht ein Vorwiederstand oder geht das eben durch die Paralellität nicht?
+ - 6V(4x1,5V)
----|----
| |
| [R] <------ (6V-3,3V)/0,05A=54Ohm Vorwiederstand
| |
---[x]--- LED1 (3,3V)
| |
---[x]--- LED2 (3,3V)
| ... | ...
---[x]--- LEDn (3,3V)

[Spasstiger]

Die Erklärung von anddill war schon vollkommen richtig, die Batterien würden nicht lange halten.

Zur Veranschaulichung hab ich hier mal generell zwei Beispielschaltungen erstellt:

http://img233.imageshack.us/img233/4027/ledschaltung7at.png

Im ersten Beispiel würdest du drei 1,5 Volt Batterien in Reihe schalten und die LEDs jeweils einzeln parallel dazu. Das zweite Beispiel kommt mit einem 9 Volt Block aus, hier habe ich jeweils zwei LEDs zusammen parallel zu den Batterien geschalten.
Wichtig ist die Dimensionierung des Vorwiderstands. Anddill würde vor jede LED einen Vorwiderstand setzen, geht natürlich, wäre aber vom Bastelaufwand nicht ganz ohne.
Ich hab in meinem Beispielschaltungen die Vorwiderstände direkt in Reihe zu den Batterien eingebaut, man muss so den Vorwiderstand für eine viel größere Verlustleistung auslegen, eine Belastbarkeit von bis zu 5 Watt sollte schon drin sein (dementsprechend wird der Widerstand auch warm).

Wieder zurück zu meinem zwei Beispielen:

Im ersten Beispiel müssen die insgesamt 4,5 Volt (3*1,5 Volt) von den Batterien auf die 3,3 Volt Durchlassspannung jeder LED reduziert werden. Am Vorwiderstand müssen also 1,2 Volt abfallen. Da jede LED mit einem Nennstrom von 20mA betrieben werden soll, hat man bei 50 LEDs einen Strom von 1 Ampere, welcher durch den Vorwiderstand gejagt werden muss.
1,2 Volt/1 Ampere ergibt 1,2 Ohm, so groß bzw. klein muss der Vorwiderstand sein. Bei Conrad bekommt man Drahtwiderstände mit 1,2 Ohm und einer Belastbarkeit bis 5 Watt. Ausreichend für unsere Zwecke (im Beispiel würden am Vorwiderstand 1,2 Volt * 1 Ampere = 1,2 Watt abfallen).
Da ein großer Strom von 1 Ampere fließen würde, würden die Batterien relativ schnell leer sein (siehe Anddills' Rechnung), um länger einen hohen Strom aufrecht erhalten zu können, kannst du nochmal 3 *1,5 Volt Batterien parallel zu den anderen Batterien schalten (siehe Anddills' Erklärung).

Im zweiten Beispiel müssen 9 Volt auf 2*3,3 Volt = 6,6 Volt (jeweils 2 LEDs in Reihe) reduziert werden. Am Vorwiderstand fallen also 2,4 Volt ab. Der Strom wird nun auf 25 parallele Stränge aufgeteilt, anstatt auf 50 Stränge. Der Gesamtstrom durch den Vorwiderstand beträgt also 25*20mA = 0,5 Ampere.
Somit ergibt sich ein Widerstand von 2,4 Volt/0,5 Ampere = 4,8 Ampere.
Die abfallende Leistung wäre dieselbe wie oben, nämlich 1,2 Watt.
Bei Conrad bekommt man Widerstände mit 4,7 Ohm und 5 Watt Belastbarkeit, diese würden sich für diese Schaltung eignen.
In diesem Beispiel würde ein kleinerer Strom durch die Batterien und den Vorwiderstand fließen als im ersten Beispiel, theoretisch müsste die Batterie also länger halten. Allerding tragen die 9 Volt Blöcke auch wesentlich weniger Ladung als eine typische 1,5 Volt Batterie.

Zusammengefasst:
- Beispiel 1: Du brauchst bei 50 weißen LEDs mit 3,3 Volt Durchlassspannung einen Vorwiderstand von 1,2 Ohm mit einer Belastbarkeit von mindestens 1,2 Watt (besser 2 oder 5 Watt).
- Beispiel 2: Du brauchst bei 50 weißen LEDs mit 3,3 Volt Durchlassspannung einen Vorwiderstand von 4,7 Ohm und einer Belastbarkeit von mindestens 1,2 Watt (besser 2 oder 5 Watt).
Entsprechende Widerstände gibts z.B. bei Conrad für 64 Cent das Stück.

[anddill]

Du kannst LEDs parallelschalten, wenn sie exakt die selben Daten haben, also ausgemessen sind oder alle aus dem selben Waferbereich stammen, und Du mußt garantieren, daß alle die gleiche Temperatur haben und gleiche Zuleitungswiderstände. Also eher unpraktikabel.
Und Deine Schaltung würde den Gesamtstrom auf rund 30-55mA (je nach Batteriezustand) brgrenzen, das wären dann ~1mA pro LED...
Du brauchst eigentlich vor jeder LED einen Widerstand. Evtl. kann man was tricksen, indem man je 3 LEDs zusammenfasst und mit einem gemeinsamen Vorwiderstand beschaltet, der dann nur 1/3 der errechneten Größe haben darf, also etwa 22Ohm.
Rechne bitte nicht 1,5V pro Zelle. Die Spannung ändert sich zwischen 1,7V und 1,3V.

[anddill]

Die Erklärung ....viel Text....
Wow, da hat sich ja mal wieder einer Mühe gegeben. Aber wie gesagt, ich bin da sceptisch, so viele LEDs parallelzuschalten, es gibt doch gewisse Serienstreuungen. Und wenn eine LED etwas weniger Flusspannung hat als andere, ist der Strom gleich deutlich höher. Die Temperatur steigt, die Flusspannung sinkt weiter, der Strom steigt, die Temperatur.... merkst Du was?
Und ein Vorwiderstand von ~1-4Ohm kann da auch nichts mehr helfen. Deshalb lieber kleine GRuppen zusammenschalten. Das beugt erstens Lawineneffekten vor und zweitens kann man dann mit unterschiedlichen LEDs besser jonglieren.
Und vor jder LED einen eigenen Wiederstand zu setzen ist auch gar nicht so schlimm. Die LEDs mußt Du ja auch irgendwo verlöten, da kannst Du ja auch gleich den Vorwiderstand mit reinkonsruieren. Und nen 100er Pack Widerstände kostet nur ein paar Cent.

[Spasstiger]

Wow, da hat sich ja mal wieder einer Mühe gegeben. Aber wie gesagt, ich bin da sceptisch, so viele LEDs parallelzuschalten, es gibt doch gewisse Serienstreuungen. Und wenn eine LED etwas weniger Flusspannung hat als andere, ist der Strom gleich deutlich höher. Die Temperatur steigt, die Flusspannung sinkt weiter, der Strom steigt, die Temperatur.... merkst Du was?
Und ein Vorwiderstand von ~1-4Ohm kann da auch nichts mehr helfen.
Ok, soweit hab ich nicht gedacht. Bin halt Uni-Student, gute Theorie-Kenntnisse, schlechte Praxis-Erfahrungen ;).

Und Deine Schaltung würde den Gesamtstrom auf rund 30-55mA (je nach Batteriezustand) brgrenzen

Wieso das? Wenn du dich auf die Widerstandswerte in der Skizze beziehst, das sind nur Beispielwerte, die mit den Beispielschaltungen funktionieren. Die hier benötigten Werte stehen in der Erklärung.
Ich fertige nochmal eine praktikablere Schaltung an.

[ooAlbert]

hm,... das klingt alles irgendwei einleuchtend aber ich bin mir jetzt unsicher wie letzendlich eine gute schaltung aussähe.

die LEDs sollten schon gleichs ein, zumal sie alle vom selben hersteller sind und die selben wertigkeiten haben.

Also angestrebt ist das ein batteriepack etwa 2h hält mehr muß garnicht sein ... von daher wäre es wohl am gescheitesten normale rundbaterieen zu nehmen und keinen 9V Block, da die gemeinsam schon ziemlich bumms haben ...

Wie schaut das eigentlich aus wenn ich 6V habe und 2 LEDs in reihe schalte würde jede 3v bekommen, so wie oben in der 9V-Schaltung ... werden die dadurch sehr viel dunkler?

Das mit dem Vorwiederstand hab ich jetzt aber nicht ganz geschnallt ... ich dachte man rechnet das so: (Us-Uled)/I=(6V-3,3V)/0,05A=54Ohm... oder ist das wieder ein anderer wiederstand den man benutzen kann?

also falls sich wer die mühe machen will wär ich für eine schlatung ganz dankbar :) vielleicht kann man ja meine "Textschaltung" dafür verwenden...

Da es im Conrad glaub nur Batteriehaler für gerade antahlen gibt wäre es sicher ganz gut gleich 4 Batterien zu verwenden.

[anddill]

Wieso das? Wenn du dich auf die Widerstandswerte in der Skizze beziehst, das sind nur Beispielwerte, die mit den Beispielschaltungen funktionieren. Die hier benötigten Werte stehen in der Erklärung.
Ich fertige nochmal eine praktikablere Schaltung an.

Crossposting....
Bezog sich auf ooAlberts Schaltung mit einem 54Ohm-Widerstand für alle LEDs gemeinsam.

[anddill]

Wie schaut das eigentlich aus wenn ich 6V habe und 2 LEDs in reihe schalte würde jede 3v bekommen, so wie oben in der 9V-Schaltung ... werden die dadurch sehr viel dunkler?

Ja, Du erreichst ja die Flusspannung von 2x3,3V nur bei einer fabrikneuen Batterie, danach wirds schnell zappenduster.

Das mit dem Vorwiederstand hab ich jetzt aber nicht ganz geschnallt ... ich dachte man rechnet das so: (Us-Uled)/I=(6V-3,3V)/0,05A=54Ohm... oder ist das wieder ein anderer wiederstand den man benutzen kann?
Ist schon richtig, gilt aber nur für _eine_ LED! Und nochmal, rechne nicht mit 1,5V pro Batterie, das stimmt nur für einen kurzen Moment während der Entladung. Eine neue Alkaline-Batterie hat ca. 1,75V, unter Last sind es etwa 1,65V, und leer ist sie bei <1,3V.

[anddill]

- + 6V(4x1,5V)
/---||------\
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| |
|--|<]--[R]-| LED1 (3,3V) plus Widerstand 67Ohm
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|--|<]--[R]-| LED2 (3,3V) plus Widerstand 67Ohm
| ... |
| |
| ... |
\--|<]--[R]-/ LED50 (3,3V)

[Spasstiger]

Was haltet ihr davon?

http://img80.imageshack.us/img80/1807/ledschaltung29og.png

[anddill]

Was haltet ihr davon?

http://img80.imageshack.us/img80/1807/ledschaltung29og.png

Hübsch. Ist klar, für je 2 Batterien, die Du dazu schaltest, kannst Du 1 weiße LED mehr in Reihe betreiben. Und LEDs in Reihe ist natürlich viel ökonomischer. Aber dabei wird auch die Spannungsabsenkung beim Entladen noch größer.
Optimal wären richtig viele Batterien, so 110 Stück, eine elektronische Konstantstromquelle und alle LEDs in Reihe hinter der Stromquelle :wink:

Übrigens würden bei 80 Ohm 42mA bei voller und 15mA bei leerer Batterie fließen. Deine 30mA gelten nur für eine kurze Zeit, wenn pro Zelle im Schnitt 1,5V anliegen.

[paulus000]

Nein, völlig falsch, und zwar beide Aussagen!
Dann möchte ich mich dafür entschuldigen.
Hab wohl E-Technik nicht mehr gut in Erinnerung.

[Spasstiger]

Dann möchte ich mich dafür entschuldigen.
Hab wohl E-Technik nicht mehr gut in Erinnerung.

Macht ja auch nix, das Problem wurde ja mehr oder weniger geklärt. Du darfst halt niemals eine Diode mit einem ohmschen Verbraucher gleichsetzen. Eine Diode will mit einem bestimmten Strom versorgt werden, nicht mit einer bestimmten Spannung. Deshalb wäre eine Konstantstromquelle auch optimal für den Betrieb von LEDs.
Bekommt eine LED mehr Spannung ab als die Durchlassspannung, steigt der Strom exponentiell mit der Spannung an, man hat quasi einen Kurzschluss. Deshalb angepasster Vorwiderstand.

[anddill]

Dann möchte ich mich dafür entschuldigen.
Hab wohl E-Technik nicht mehr gut in Erinnerung.

Ich mach auch Fehler. Ich hab die Kapazität einer Mono-Zelle falsch angegeben. Die liegt bei 15-18Ah, nicht bei 6Ah, die gelten für eine gute Baby-Zelle.
Damit kommt man also mit Mono-Zellen locker über eine Sommernacht, und für die 2h würden Babys reichen.

[Lethargica]

Ich mach auch Fehler. Ich hab die Kapazität einer Mono-Zelle falsch angegeben. Die liegt bei 15-18Ah, nicht bei 6Ah, die gelten für eine gute Baby-Zelle.
Damit kommt man also mit Mono-Zellen locker über eine Sommernacht, und für die 2h würden Babys reichen.


Wtf ? Eine Monozelle mit 18Ah will ich aber mal sehn :|

[anddill]

Wtf ? Eine Monozelle mit 18Ah will ich aber mal sehn :|
http://www.mercateo.com/p/102-650017(2d)BP/BATTERIE_1_5_V_MONO_ALKALI_MANGAN.html

[Lethargica]

http://www.mercateo.com/p/102-650017(2d)BP/BATTERIE_1_5_V_MONO_ALKALI_MANGAN.html


Sorry, ne LR20, ich war irgendwie noch bei AA :D

[ooAlbert]

also ich werd das mal mit einer 4baterieschlatung versuchen und das alles paralell verschalten mit je einem vorwiederstand ...

aber was ich nicht ganz verstanden habe ist, wie ich eine stromquelle paralell schalten soll ... bzw. die batterien, falls das überhaupt einen nutzen hätte.

Mir ist noch eine Frage eingefallen, wie genau berechnet man den tatsächlichen Energieverbrauch der schaltung? Nehm ich da jetzt einfach 50LEDs x 20mA=1000mA=1A

Addiert sich eigentlich die kapazität der batereien? also mal angenommen ich hab 4 Babyzellen zu je 6Ah, wären das dann 24Ah? Denn wenn es so wäre dann könnt ich doch die schaltunf an die 24h betreiben oder seh ioch das falsch?

[anddill]

Nein, die Amperestunden addieren sich nicht, das Wären dann die Wattstunden, weil Watt=Ampere * Volt.
Wenn Du längere Zeit überbrücken willst, nimm einfach Monozellen. Und immer Alkaline-Batterien kaufen, die haben ca. 3x mehr Power als Zink-Kohle und kosten nur ein paar % mehr. (Mono Z/K ~ 6Ah, Mono Alk~15Ah)

[ooAlbert]

hi,

also ich hab die Schaltung gebaut und doch nur 20 LED benötigt, ganz schön hell das zeug ;) als Vorwiederstand hab ich einen mit 68 ohm genommen ... und halt 6V mit monozellen als Energiequelle.

eine frage hät ich mal noch wenn ich jetzt rechne 20LEDx50mA(max. Stromaufnahme)= 1000ma=1A und das durch die leistung von den zink-Kohle Monozellen zeile würden die 6h halten, oder?

wie wäre es eigentlichw enn sich die Batterien entladen und nicht mehr 6V bringenw enn man eine zusätzliche anbringen täte sagen wir eine kleine Mignon oder sowas ... täte das etwas bringen um den batteireblock goßtmöglich zu entladen oder eher nicht?

mfg

[barracuda]

Also halten wir mal die Fakten fest: 20 LEDs, 6 V Betriebsspannung, 1 Vorwiderstand 68 Ohm, und 50mA pro LED?

Das passt nicht zusammen, erkläre das mal genauer, am besten mit einer Skizze.

[ooAlbert]

da die LEDs alle parallel sind hat natürlich jede LEd solch einen vorwiederstand ;) und ja maximal 50mA/ LED real dürften es wegen dem wiederstand aber eher 40mA sein...

die "Skizze findest du weiter oben im thread aber die ist eigentlich auch uninteressant ... es ist eine ordinäre paralellschaltung sonst nix :)

[barracuda]

So jetzt habe ich den Fred nochmal komplett angeschaut.

also ich hab die Schaltung gebaut und doch nur 20 LED benötigt, ganz schön hell das zeug ;) als Vorwiederstand hab ich einen mit 68 ohm genommen ... und halt 6V mit monozellen als Energiequelle.
OK, das wären dann wie du schon sagtest ~40 mA pro LED, entspricht im Prinzip den Daten. die 50 mA könnten aber auch als Pulsstrom gemeint sein, weil für diese kleinen LEDs normalerweise mit 20 mA, max. 30 mA angegeben sind.

eine frage hät ich mal noch wenn ich jetzt rechne 20LEDx50mA(max. Stromaufnahme)= 1000ma=1A und das durch die leistung von den zink-Kohle Monozellen zeile würden die 6h halten, oder?
Kommt drauf an was du unter "halten" verstehst. Die LEDs werden mit der Zeit halt immer dunkler.

wie wäre es eigentlichw enn sich die Batterien entladen und nicht mehr 6V bringenw enn man eine zusätzliche anbringen täte sagen wir eine kleine Mignon oder sowas ... täte das etwas bringen um den batteireblock goßtmöglich zu entladen oder eher nicht?
Das funzt nicht weil bei Batterien bei fortschreitender Entladung der Innenwiderstand immer größer wird. Ein klein bisschen würde das wohl bringen lohnt aber nicht.