Hallo, zur Zeit plane ich meine Modelhäuser mit LEDs zu beleuchten. Auch Straßenlaternen mit LED und Signale mit LED liegen schon bereit. Bei allen LED-Beleuchtungen ist eine Betriebsspannung von ca. 16V vorgesehen. Damit die LEDs, die je nach Farbe eine Spannung von 1,6V bis 3,1V benötigen, muss an einem Reihenwiderstand die „überschüssige“ Spannung von ca. 14,4V bis ca. 12,9V abfallen. Die Stromstärke einer LED liegt zwischen 0,001A bis 0,020A. Eine LED nimmt somit mindestens eine Leistung von 1,6V x 0,001A = 0,0016W oder maximal von 3,1V x 0,020A = 0,062W auf. Die zugehörigen Widerstände verheizen 14,4V x 0,001 = 0,0144W bzw. 12,9V x 0,020A = 0,258W, das ist das 9 bzw. 4fache der LED. Deshalb möchte ich für die LED-Betriebsspannung ein 3,3V Steckernetzteil verwenden. Damit ergäben sich für die Widerstände folgende Wattzahlen: 1,7V x 0,001A = 0,0017W bzw. 0,2V x 0,020A = 0,004W. Das heißt der größte Teil der elektrischen Leistung wird in den LED umgesetzt und nicht in den Widerständen. Zudem könnte die Leistung des Netzteils mindestens auf ein Viertel reduziert werden. Meine Frage: Sind die Überlegungen korrekt und wenn ja, lohnt sich der Aufwand, die Beleuchtungsspannung auf 3,3V festzulegen?
lies Dir einmal insbesondere die Kapitel "Elektrische Eigenschaften" als auch "Betrieb und Anschluß" durch. Hier möchte ich Dein Augenmerk im Unterkapitel "Betrieb mit Vorwiderstand" auf das Beispiel richten.
LEDs werden nicht durch zu hohe Spannung zerstört, sondern durch eine exponentiell anwachsende Stromstärke. Auf jeden Fall ist die Methode mit den Vorwiderständen die preiswerteste und auch mit die effektivste. Du wirst bei den Widerstandswerten auch Höhere nehmen als angegeben. Das vermeidet den Eindruck eines sich gerade beim Explodieren befindlichen Häusles.
Die Kette ist so stark wie ihr schwächstes Glied, und Du hast selber geschrieben eine LED lässt nur 0,001 bis 0,020A durch. Damit ist der in Reihe geschaltete Vorwiderstand hinsichtlich der Stromstärke auch ausgebremst.
Hallo Ludwig, natürlich würde ich bei 3,3V Betriebsspannung auch die passenden Vorwiderstände nehmen. Es würde dann weniger Spannung am Widerstand abfallen und damit weniger Leistung im Widerderstand verheizt.
Die Minimierung der Betriebsspannung ist auf jeden Fall richtig und energieeffizient. Ob da 3,3 Volt sinnvoll sind muss jeder für sich entscheiden. Es engt den Spielraum natürlich mächtig ein für Reihenschaltungen von LEDs.
deine Denkrichtung ist völlig richtig. Man muss nicht sinnlos Strom verschwenden und Widerstände zum heizen nehmen. Wichtig sind aus meiner Sicht folgende Dinge:
a) das Netzteil sollte schon einiges an Stromstärke anbieten. Mit einem 150mA Netzteil kommst du schnell an die Grenzen des Machbaren. Es gibt gute / preiswerte Netzteile mit 500mA, da kannst du schon einiges dran hängen. Ein 5V-Netzteil ist m. A. nach der goldene Mittelweg. b) das Netzteil sollte reine (geglättete) Gleichspannung in stabiler Form anbieten, ansonsten kann es zu flackern und ggf. Zusammenbruch deiner Beleuchtung kommen c) Reihenschaltung ist bei LED´s eigentlich verpönt. Kann man machen, sollte man aber nicht. Ist aber nur meine Meinung
ich kann Alex nur zustimmen und 5V empfehlen. Damit kannst Du mit passendem Vorwiderstand alle LED-Farben ausreichend versorgen. Auch kannst Du über die Stromversorgung noch Raspi, Arduino und Co oder Servos betreiben. Und Du hast die Auswahl aus einer Fülle von USB-Kleinstnetzteilen oder kannst eine Powerbank nutzen.
"Reihenschaltung ist bei LED´s eigentlich verpönt. Kann man machen, sollte man aber nicht. Ist aber nur meine Meinung" Und warum ? Technisch gibt es keine Einschränkung, sofern man ähnliche Bauteile in Reihe schaltet. sprich etwa gleicher Strombedarf. Könnte es sein, dass du das mit Parallelschaltung verwechselst ? Gruß Thomas
Bin mir nicht sicher ob ich gemeint bin, wenn ich Reihenschaltung schreibe meine ich das auch, natürlich nur gleichen Typs. Alles andere macht wenig Sinn.
Parallelschaltung von LEDs ist absolut zu vermeiden, es sei denn, sie haben jede ihren eigenen Vorwiderstand. Ist dieser aber gemeinsam bekommt eine mehr Strom als die andere, geht garnicht.
"Parallelschaltung von LEDs ist absolut zu vermeiden, es sei denn, sie haben jede ihren eigenen Vorwiderstand. Ist dieser aber gemeinsam bekommt eine mehr Strom als die andere, geht garnicht." Tatsächlich ( praktische Erfahrung ) klappt das auch mit LED's, die man zumindest aus einer Charge nimmt. Wo braucht man das ? Ich bin draufgekommen bei den Viessmann Signalbausätzen, Licht-Ausfahrsignal SH1 zwei weisse Lampen. Es war kein Platz für zwei Vorwiderstände ( auch nicht in SMD 603 ), daher Parallelschaltung ausprobiert und es klappt. Warum ? Natürlich sind die Ströme nicht exakt gleich und auch etwas temperaturabhängig. Aber die Abweichung war unter 10% und der Helligkeitsunterschied ist nicht sichtbar. Ich würde das nicht bei der 30W Raumbeleuchtung LED wagen, aber bei dem Kleinkram geht das durchaus. Habe eine ganze Reihe Signale umgebaut und es gab keine Probleme --> ich hatte die LED's zwar anfänglich selektiert --> sprich untzer definierten Bedingungen die jeweiligen Ströme gemessen, aber es war nicht nötig ! Gruß Thomas
Hatte es wider besseren Wissens auch mal gemacht. Ergebnis beide LEDs Totalausfall. Ich mach diesbezüglich keine Experimente mehr und kann soetwas auch hier im Forum nicht empfehlen, warum?
Hans; Bei deiner 16V Beleuchtungsversorgung kannst du doch drei oder vier LEDs in Reihe schalten (sie teilen sich die Spannung, und mann braucht nur einer Widerstand!), sodas die extra Spannung im naechsten LED nicht "verbraten" sondern mit Effizienz tuechtig in Licht verwandelt wird, von den anderen LEDs im Strang, und nur einem Widerstand, und nicht in mehreren Widerstaenden.
Alex; "Verpönt" ist ist wohl (D)eine persoehnliche Bevorzugung...und wenn sie nicht einzeln ansteuerbar sein muessen ist das ueberhaupt nichts boeses...und Drei oder Vier in Reihe zu schalten auch i.O. und spricht Hanses Situation gut an...mann hat natuerlich keine Kontrolle ueber individelle LEDs...nur ueber die einzeln geschaltte Reihenstraenge, aber es handelt sich hier nicht um eine billige china-schrott Weihnachtsbaum Kette wo zur gleichen Zeit dann alle 100 Stueck dunkel werden...
Zitat von becki im Beitrag #10Weil es schaltungstechnisch einfach falsch ist.
Wenn dem so ist, ist es dann schaltungstechnisch nicht eher richtig, daß jede LED ihren eigenen Vorwiderstand bekommt?
In einer Reihenschaltung von LED's hast du immer die Gefahr, daß erst eine den Geist aufgibt und auf Durchgang schaltet, dann die Zweite und am Ende ist die Lichterketter nur noch ganz kurz sehr hell... Ein Ergebnis aus 'Jugend forscht' mit den immer billigeren Led's - also was solls?!
--- --- Gruß, Thomas
Lache nicht über jemanden, der einen Schritt zurück macht. Er könnte Anlauf nehmen...
Zitat von becki im Beitrag #10Weil es schaltungstechnisch einfach falsch ist.
Wenn dem so ist, ist es dann schaltungstechnisch nicht eher richtig, daß jede LED ihren eigenen Vorwiderstand bekommt?
In einer Reihenschaltung von LED's hast du immer die Gefahr, daß erst eine den Geist aufgibt und auf Durchgang schaltet, dann die Zweite und am Ende ist die Lichterketter nur noch ganz kurz sehr hell... Ein Ergebnis aus 'Jugend forscht' mit den immer billigeren Led's - also was solls?!
Genau das passiert bei Parallelschaltung auch. Diese Lichterketten sind eine Kombination von beidem. Ursache nicht nachvollziehbar.
Edit: eine richtig projektierte Reihenschaltung LEDs funktioniert länger als geplante Obsoleszenz.
kleiner Beitrag von mir. LED und Widerstände sind ja nun nicht der Kostentreiber. Wer meine Beiträge noch erinnerlich hat - ich verwende unter normalen Modellbahnspannungsbereichten deutlich höhere Widerstandswerte als die eigentlich angegebenen, da die LEDs ansonsten gerne mal den Flutlichtstrahler geben. Dadurch ist auch eine weiter oben angesprochene "Verbratungsleistung" über die Vorwiderstände leidlich vernächlässigbar. Ein Aspekt für die Auslegung zu normalen Modellbahnspannungen ist (aus Erfahrung) der, dass bei einer Anlage, wo zumeist mehrere Leute beteiligt sind, gerne mal vergessen wird, dass die Beleuchtung nur für 3,3/5 V aufgebaut ist und dann mit halt "der normalen Spannung" geprüft wird, ob das Licht noch geht (-> ja, einmal kurz dann....). Wenn das auszuschließen ist (mit den mehreren Leuten) und ich weniger nehmen wollen würde, wäre meine präferierte Spannung eher 5 V als 3,3 V.
LED sollten an Strom- und niemals an Spannungsquellen betrieben werden aus den oben bereits genannten Gründen.
Die Überlegung, ich nehme eine 3,3 Volt Spannungsquelle und habe deshalb weniger Verlustleistung ist zwar rechnerisch richtig, schaltungstechnisch aber falsch.
Eine Stromquelle hat einen möglichst hohen Innenwiderstand (sonst ist sie keine!), eine Spannungsquelle hat idealerweise keinen Innenwiderstand.
Eine Parallel- oder Serienschaltung ohne weitere Maßnahmen verbietet sich so oder so.
Mit einem größeren Vorwiderstand und einer höheren Versorgungsspannung wird eine Stromquelle simuliert und die LED läuft dann auch keine Gefahr "durchzugehen".
Fazit: 16 Volt und für einen Betriebsstrom von z.B. 2 mA einen Vorwiderstand von ca. 8 kOhm nehmen. Falls zu hell, Widerstandswert deutlich erhöhen.
Viele Grüße Bernhard ------------------------------------------------ Spurweite: H0 analog oder digital "AC" und "DC", N-Spur, Epoche +/- IIIb, DB, SBB, BLS, ÖBB, SNCF, FS, ESU ECoS I + II, ESU-Programmer, ESU-Prüfstand, Roco-Multimaus, Digital 2-Leiter, Decoder: ESU, Lenz, D&H, Zimo, Märklin, Sounddecoder, TrainController 8 Gold, Wintrack 16, 3D-Modellbahnstudio
Hallo Hans, das Thema ist interessant und ich will mal meine Überlegungen dazu darlegen. Ich werde auf meiner Anlage mit 12 Volt Gleichspannung für die Haus-und Straßenbeleuchtung arbeiten. Damit kann ich mind. 3 LED in Reihe schalten. Vor diese Reihenschaltung der 3 LED kommt allerdings noch eine Konstantstromquelle, die den Strom auch bei schwankender Spannungshöhe konstant hält. (einfach mal im großen Netz nach KSQ1 suchen) Diese Teile sind kleine ,gut unterzubringende Leiterplatten, die es mit verschiedenen Stromstärken gibt : zB 2mA, 5mA,10mA, 15mA, 20mA usw. Ich bevorzuge allerdings ,die LED`s mit geringerer Stromstärke zu betreiben, als rechnerisch möglich ist . Es sieht einfach besser aus, wenn die Lichter nicht so grell sind. zB (Straßenlampe mit 3mm LED weiß ist mit 15 mA betrieben und trotzdem noch ganz schön hell). Mit den 12 Volt kann mann auch einzeln gekaufte 16V LED-Lampen betreiben - die sind dann eben nicht so hell. Diese dürfen dann aber nicht in Reihe geschalten werden. Es könnten ja jetzt einige sagen, das ist zu teuer mit den KSQ . Ich denke aber, das ist vernünftig angelegtes Geld. Hat jemand gravierende Bedenken?? Viele Grüße Bernd
Hallo Bernd, ich mache es auch mit KSQ 10 -20 mAh, bei mir wird mit 16 Volt AC eingespeist, also eine ähnliche Vorgehensweise wie bei dir. Die KSQ kann man ja auch mit mehreren LEDś (je nach Lichtfarbe) betreiben. Das funktioniert bei mir auch prima. KSQ besorge ich von Schönwitz, die finde ich auch von der Qualität und Größe am geeignetsten. Jeder hat halt seine Vorlieben.. Ich gehe zur Zeit aber immer mehr dazu über mit einen WS2811 über Arduino an zu steuern und zu schalten.
Gruß Kalle
Epoche III bis Anfang IV, Anlage im Entstehen: 3 Schattenbahnhöfe C-Gleis, sonst K-Gleis, Züge: Bekennender Dampf+ Diesel-FAN! Software: ITRAIN 5.1 plus mit CDB Hardware: alles unter Kubuntu 20.04 LTS OpenCar, BiDiB, IF2 Licht & Sound über teilweise Arduino
genau so geht das! Bei Konstantstrom sollte auch eine Reihenschaltung funktionieren, zumindenst besteht keine Gefahr für die LED.
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Hallo, danke für die zahlreichen Antworten. Die Meinungen gehen in zwei Richtungen: 12V-16V mit großem Vorwiderstand oder KSQ, oder 3,3V-5V mit kleineren Widerständen. Mich wundert dass Kalle und Bernd die LEDs zur Sicherheit mit KSQ betreiben. Entsprechend Bernhards Vorschlag und vielen Schaltplänen der Elektronikliteratur hat unser „Chefelektriker“ im Verein vor 30 Jahren für alle Kontrollleuchten LEDs mit Vorwiderständen verbaut und an ein geregeltes 16V-Netzteil angeschlossen. Bisher haben alle LED durchgehalten. Den Vorschlag zur Reihenschaltung wie von Ronzo möchte ich nicht umsetzen, weil ich die „Zimmerbeleuchtung“ einzeln ein- und ausschaltbar machen möchte. Nachdem ich die Schattenbahnhöfe mit 5m-LED-Strips und zugehörigen 12-V-Netzteilen beleuchtet hatte, waren noch einige kurze Abschnitte übrig. Damit habe ich inzwischen versucht das umzusetzen, was ich vorgeschlagen hatte, Anschluss der LED mit Vorwider- stand an 3,3V. Zuerst galt es herauszufinden mit welchem Strom und welcher Spannung die LED betrieben werden. Dazu wurde ein Stück mit drei LED des LED-Strip an ein regelbares Netzteil angeschlossen. Auf dem Foto erkennt man die Reihenschaltung: +12V-LED-LED-R=150Ω-LED-GND.
Nach dem Einstellen der Spannung auf 12V zeigte ein Amperemeter einen Strom von 17mA. Die Leuchtstärke der LED war entsprechend hell, schließlich werden LED-Stripes zum Beleuchten verwendet. Für eine LED ergibt sich aus diesen Werten eine Spannung von (12V - 150Ω x 0,017A) / 3 = 3,15V. Da die LEDs mit je 3,15V und 17mA eindeutig zu hell waren, ging es im nächsten Versuch darum herauszufinden, bei welcher Spannung die LED zu leuchten beginnt und bei welcher Spannung eine ausreichende Leuchtstärke erreicht wird. Dazu wurde ein Stück mit einer LED vom Strip abgeschnitten und zwei Drähte angelötet.
Die LED wurde ohne Vorwiderstand an ein regelbares Netzgerät angeschlossen und die Spannung von 2,5V auf 3,5V in 0,1V-Schritten erhöht. Bereits bei 2,8V reicht die Helligkeit für das Ausleuchten eines „Zimmers“ im Modellhaus. Die Stromstärke betrug bei 2,8V ca. 1mA. Damit ergab sich der Vorwiderstand 0,5V / 0,001A = 500Ω. Zum Testen wurde die Papiermaske eines Hauses in mehrere „Zimmer“ eingeteilt und mit neun LED (warm- und kaltweiß) bestückt. Jede LED hat einen eigenen Widerstand. Die Werte liegen zwischen 470Ω und 820Ω, um etwas unterschiedliche Leuchtstärken zu erreichen. Das regelbare Netzgerät versorgt die neun parallel geschalteten LEDs mit 3,3V. Die Gesamtstromstärke beträgt 16mA, somit bekommt jede Diode einen Strom unter 1mA. Das bisherige Ergebnis sieht dann so aus:
dein Post lässt dann doch fast folgenden Schluss zu: Eine Ermittlung von konkreten Spannungs- und Stromwerten der Dioden ist erst erforderlich, wenn man diese an den max-Stromgrenzen betreibt, es reicht die Annahme von max. 2,5V und max. 5- 10 mA. Sobald man mit großen Widerstandswerten operiert, um die Helligkeit zu verringern, ist es für die Diode recht ungefährlich, defekt zu gehen. Zudem ist mit den hohen Widerständen gleich der schon angesprochene Schutz gegeben, falls mal doch einer kommt, der nur mal mit der 9V- Batterie testen will..
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26.07.2020 17:58
Antworten
. Ich gehe zur Zeit aber immer mehr dazu über mit einen WS2811 über Arduino an zu steuern und zu schalten.
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16V oder 3,3V für LED-Beleuchtung
