LEDs verschalten, in Reihe, parallel ???

Bob
Beiträge: 1339
Registriert: So 6. Feb 2011, 21:24
Germany

LEDs verschalten, in Reihe, parallel ???

Beitrag von Bob » So 29. Sep 2019, 20:49

Hallo zusammen,
ich möchte eine Lampe bauen, in der ich zwei verschiedenfarbige LEDs betreiben möchte, die eine für ca. 3 Volt, die andere für ca. 12V (intern 4 LEDs in Reihe).
Kann ich beide in Reihe schalten, und den Strom so regeln, dass der Maximalstrom beider LEDs nicht überschritten wird?

Viele Grüße,

Bob

Fischkopf
Beiträge: 202
Registriert: Do 14. Nov 2013, 21:27
Germany

Re: LEDs verschalten, in Reihe, parallel ???

Beitrag von Fischkopf » So 29. Sep 2019, 21:14

Hallo Bob,

technisch ist es möglich beliebig viele LEDs in Reihe zu schalten. Praktisch ist dies aber nicht zu empfehlen.
Der Grund ist, das LEDs altern im Laufe der Zeit ihre Stromaufnahme ändern.
Dabei kann es zu 2 möglichen Effekten kommen:
a) Wenn in einer langen Kette von LEDs aufgrund eines Defekts den Widerstand erhöht wird die gesamte Kette dunkler. Dies ist relativ harmlos.
b) In einer langen Kette zieht eine LED etwas mehr Strom als die anderen, altert dadurch schneller und fällt irgendwann aus -> gesamte Kette ist dunkel.

Idealerweise hat jede LED ihren eigen Vorwiederstand.
In der Praxis wird ein Kompromiss gewählt: Die LEDs werden in Gruppen zusammengefasst. Dabei hat jede gruppe ihren eigen Vorwiederstand. Dabei gilt, dass in jeder Gruppe nur LEDs des gleichen Typ/ aus der gleichen Charge sind.

In deinem Fall hast empfehle ich Dir 2 Varianten (Je nachdem wieviele Exemplare der 3V LED genutzt werden können/sollen):
a) Gibt der 3V LED ihren eigenen Vordwiedertand und schalte sie parallel zur 12V Gruppe
b) falls möglich nihm von de3V LED noch drei weitere LEDs hinzu und schalte diese Gruppe zur 12V LED parallel

Eine Reihenschaltung rate ich dir hier ab da das 12V Modul definitiv nicht zur 3V LED passt.

Nach ein kleine Tipp (fällt mir ein weil gerade ein Servo vor mir liegt): Fall der Spannunfsprung zu groß ist kannst Du aus der Modellbausparte ein BEC Modul holen (z.B. https://hobbyking.com/de_de/micro-bec-5v-3a.html) Vorteil ist: Großer Spanne an Eingangsspannung, aber konstante Ausgangsspannung. Kann man zwar auch selber zusammenlöten muss man aber nicht.

MfG, Tilo

flexiblebird
Beiträge: 597
Registriert: Fr 3. Aug 2012, 16:25

Re: LEDs verschalten, in Reihe, parallel ???

Beitrag von flexiblebird » So 29. Sep 2019, 21:43

Fischkopf hat geschrieben:
So 29. Sep 2019, 21:14
Der Grund ist, das LEDs altern im Laufe der Zeit ihre Stromaufnahme ändern.
Das ist jetzt aber hanebüchener Unsinn.

DU gibt den Strom durch die LED vor, von aussen, entweder per Konstantstromquelle
oder (nicht ganz so genau) durch einen Vorwiderstand an höherer Spannung.

Der Strom bleibt also gleich, Konstantstromquelle sagt das ja schon, egal wie die LED altert.

Die Helligkeit der LED sinkt allerdings mit Alter und Temperatur trotz gleichem Strom
(Verschlechterung der Umwandlungseffizienz), und die an der LED bei dem vorgegebenen
Strom abfallende (quasi benötigte) Spannung ändert sich, auch mit Alter aber vor allem der
Temperatur.
Fischkopf hat geschrieben:
So 29. Sep 2019, 21:14
Idealerweise hat jede LED ihren eigen Vorwiederstand.
Bei einer Reihenschaltung reicht ein einzelner, schon Grundlagen der Elektrotechnik sagen dir,
daß es egal ist in welcher Reihenfolge Bauteile in einer Reihenschaltung angeordnet sind,
also könnte man --R--|>|--R--|>|--R--|>|-- auch in --R--R--R--|>|--|>|--|>|-- umändern und
--R--R--R-- zu einem Widerstand 3-fachen Wertes --3R-- zusammenfassen, schon reicht einer
für eine ganze Reihe von LEDs.

Bei einer PARALLELSCHALTUNG hingegen MUSS jede LED bzw. jede Reihe von LEDs ihren eigenen
Vorwiderstand bzw. ihre eigene Konstantstromquelle bekommen, denn der Spannungbedarf ist
nicht identisch, er hängt vom Exemplar, der Temperatur und Alterung ab.

Für Bob bleibt also: Erstmal nachgucken, welchen Strom die LEDs denn wollen. Wenn eine 350mA
und die andere 700mA will, ist mit Reihenschaltung (alle bekommen dabei denselben Strom) sowieso
Essig.

Haben zufällig die LEDs die ungefähr 3V benötigen denselben Nennstrom wie die LED deren 4er
Reihenschaltung ca. 12V benötigt, dann sollte er genauer gucken:

Keine LED braucht "3V", sondern die braucht z.B. von 2.8 bis 3.6V (steht im Datenblatt der LED unter
Vf) , und keine 4er Reihenschaltung braucht "12V" sondern z.B. von 11.2V bis 14.4V.
Und das heisst nicht, daß man mit 12V schon auskommt, nicht man selbst klemmt die LED an eine
Spannung von aussen, sondern die LED sucht sich aus welche Spannung sie bei Nennstrom haben will.

Sagen wir die Spannung liegt bei 2.8 bis 3.6V und man hat 5 in Reihe, also 14 bis 18V. Wenn man nun
einen Vorwiderstand statt einer Konstantstromquelle nutzen will, braucht man eine HÖHERE
Betriebsspannung, z.B. 24V. Wollen die LEDs 20mA, verbleiben 10V bei 14V benötigenden LEDs und
der Widerstand muss 500 Ohm haben. Benötigen die LEDa aber 18V, fliessne nur noch 12mA, die LED
wird dunkler, nicht voll genutzt.

Eine Konstantstromquelle wie BCR402U beseitigt das Problem, dann fliessen z.B immer 20mA und es
reichen 20V, egal ob die LEDs 14V oder 18V für sich haben wollen.

Hat er keine 24V bzw. 20V sondern nur 12V, hat er schon ein Problem mit den "4 LED in Reihe die ca
12V haben wolen", denn wenn die mal 3.6*4 = 14.4V benötigen, bleiben sie AUS, und wenn sie mal
2.8*4 = 11.2V benötigen, gehen sie an 12V KAPUTT. Hat er gar schwankende 12V (wie an einem Akku)
geht es sowieso gar nicht. Hat er jedoch eine LIchterkette für 12V, dann sind die Widerstände schon
drin und er kommt mit 12V gut aus, es werden dann keine 4 LEDs in Reihe sein sondern nur 3 und jedes
3er Pack hat einen eigenen Vorwiderstand oder gar Konstantstromregler. Also: LED-Ketten "für 12V"
passen ohne weitere Stromregelung an eine 12V Spannung.

Bei 12V Versorgungsspannung entfällt eine Reihenschaltung einer 12V Lichterkette und noch einer
LED sowieso, die Spannung reicht einfach nicht, man muss ich also auch keine Gedanken um
eventuell unterschiedlichen Strom machen,
da kommt die andere LED parallel zu den 12V mit einem Vorwiderstand passend zu ihrem Strom,
z.B. 20mA bei einer LED die 2.8 bis 3.6V benötigt an 12V macht 460 Ohm.

Sind die "12V Lampen" aber wirklich 4 LED in Reihe die nicht für 12V gedacht sind, sondern irgendwas
zwischen 11.2 und 14.4V benötigen) und er hat nur 12V, dann muss er erstmal die
Spannung hochwandeln, entweder auf 24V und Vorwiderstand, oder stromgeregelt als
Konstantstromquelle. Da man den Strom nicht kennt, kann man keine Bestellnummer nennen.

LEDs sind KEINE Glühlampen, Spannung und Strom sind bei ihnen praktisch vertauscht.
Wabeco F1200, RC6123BX500, Emco BS2, Einhell MBS400, Woodstar PB06, Proxxon FKS/E

Bob
Beiträge: 1339
Registriert: So 6. Feb 2011, 21:24
Germany

Re: LEDs verschalten, in Reihe, parallel ???

Beitrag von Bob » So 29. Sep 2019, 21:57

Hallo zusammen,
danke für Eure Rückmeldungen!
Der Betrieb von Einzel-LEDs ist mir soweit geläufig, ich setzte sie gerne als Mikroskop-Beleuchtung ein.
Hier liegt der Fall anders, ich würde gerne die zwei LEDs in Reihe mit dem selben Strom betrieben, und diesen natürlich mit der nötigen Spannung im Hintergrund vorgeben.
Mir war nur nicht klar, ob ich die LEDs einfach in Reihe sachalten kann, oder nicht - das geht demnach ja. Als Strom bekommen sie natürlich das, was die schwächere LED verträgt.

Was habe ich überhaupt vor? Weiße LEDs haben ja immer einen Peak im blau-violetten Bereich, gefolgt von einem starken Einbruch im blau-grünen Bereich. Den möchte ich durch eine separate LED auffüllen. Mal gucken wie das klappt! Ich habe gerade mein Arbeitszimmer fertig bekommen, und würde gerne mit der Beleuchtung ein wenig herumexperimentieren.

Viele Grüße,

Bob

ecke
Beiträge: 777
Registriert: So 4. Mai 2014, 18:17
Wohnort: D-31xxx
Germany

Re: LEDs verschalten, in Reihe, parallel ???

Beitrag von ecke » Mo 30. Sep 2019, 12:55

Grundsätzlich sollten nur LED's GLEICHEN Typs und der gleichen HALBKLASSE in Reihe geschaltet werden.
Eine andere dazu schalten die den Farbort verändert, solltest du in einem EIGENEN Strang versorgen.
An 12V kannst du maximal 2-3 weiße in Reihe schalten. Kommt auf Uf des Typs an. Sicher gehen 2 pro Strang.
_____________________________________________________________
Meine Beiträge sind nur für das Forum Zerspanungsbude.de bestimmt.
Jegliches Kopieren, Weitergeben und Wiederveröffentlichen ist untersagt.

Doc Alex
Beiträge: 5546
Registriert: Sa 29. Nov 2014, 18:01
Germany

Re: LEDs verschalten, in Reihe, parallel ???

Beitrag von Doc Alex » Mo 30. Sep 2019, 14:01

Generell kann man zwischen zwei Quelltypen unterscheiden:

Einer idealen Spannungsquelle und einer idealen Stromquelle.

Die ideale Spannungsquelle ist ein Gerät, das immer die selbe Spannung am Ausgang hat egal welcher Laststrom gezogen wird.

Schließt man sie kurz, so fließt unendlich viel Strom.

Die Ideale Stromquelle macht genau das Gegenteil: sie treibt immer den gleichen Strom durch ihren Ausgang. Ist der Ausgang offen, dann wird die Spannung unendlich groß. Es käme zum Überschlag = Lichtbogen.

Reale Quellen weichen natürlich ab. Sei es, weil eine Spannungsquelle einen Innenwiderstand (z.B. beim Akku) hat oder weil ein Netzteil eine Spannungs- und oder Strombegrenzung hat.

Will man audiovisuelle Effekte vermeiden, gibt es einfache Regeln:

- nie Spannungsquellen parallel schalten der Ausgleichsstrom wäre unendlich groß.
- nie Stromquellen in Reihe schalten der Ausgleichsstrom wäre unendlich groß.

Nun gibt es aber Bauteile, die aufgrund ihrer Kennlinie in die Kategorie Quelle gehören, von denen es man nicht erwartet:

Dioden, LEDs, Transistoren sind gute Spannungsquellen.

Wenn man also zwei LEDs parallel schaltet hat man zwei Spannungsquellenartige Bauteile in Parallelschaltung.

Sind die Kennlinien steil genug passiert folgendes: die Led, die die kleinere Schwellspannung hat, zieht allen Strom über sich. Die andere bleibt dunkel. War die Idee, den Doppelten Strom auf zwei Leds zu verteilen, stirbt erst die Led mit der kleineren Schwellspannung am doppelten Strom. Dann kriegt die andere Led den doppelten Strom und geht dann in die ewigen Halbleiterjagdgründe ein.

Das Gleiche passiert, wenn man zwei Endstufentransistoren für den doppelten Strom parallel schaltet.

Was also tun?

Wie oben geschrieben, gilt das nur für Kennlinien, die steil genug sind. Mit Widerständen kann man die Kennlinie flacher gestalten. Man nennt das dann Anpassnetzwerk.

Aber widerstände werden warm und reduzieren den Wirkungsgrad.

Viel schlauer ist es eine Stromquelle mit einer Spannungsquelle zu kombinieren:

Ein Led Vorschaltgerät ist eine Stromquelle, eine LED eine Spannungsquelle. An der Led ergibt sich die Nennspannung bei Nennstrom.

Man kann auch mehrere Leds in Reihe schalten (sind ja Spannungsquellen) beim vorgegebenen Strom durch die Stromquelle fällt aber an jeder LED eine andere Spannung ab. Demnach ist die Leistung und die Helligkeit unterschiedlich. Mit parallel Widerständen könnte man das anpassen. Das ist aber mit Verlusten verbunden.

Ich hoffe, das war jetzt nicht zu theoretisch.

Viele Grüße

Alexander
Wer Kunststoff kennt nimmt Stahl!

Benutzeravatar
Ruhla Fanboy
Beiträge: 490
Registriert: Mi 1. Nov 2017, 17:08
Germany

Re: LEDs verschalten, in Reihe, parallel ???

Beitrag von Ruhla Fanboy » Mo 30. Sep 2019, 14:17

Grundsätzlich sollten nur LED's GLEICHEN Typs und der gleichen HALBKLASSE in Reihe geschaltet werden.
Ums kurz zu machen, nein. Alexander hat ja schon die lange Antwort übernommen.
Solange die LEDs für den gleichen Nennstrom ausgelegt sind, können sie unabhängig von ihrer Durchlassspannung in Reihe geschaltet werden.
gleichen HALBKLASSE
Der gleichen was?
Fräsmaschine: Ruhla VRB 2243
Drehmaschine: TOS SUI 32; Paulimot PM 2700
Sägemaschine: Paulimot BS-712GR

ohjaa
Beiträge: 833
Registriert: Mo 24. Feb 2014, 00:56
Wohnort: 00 ist die hygiene fürs wc
Germany

Re: LEDs verschalten, in Reihe, parallel ???

Beitrag von ohjaa » Mo 30. Sep 2019, 14:34

is mir aber neu das ne led ne spannungsquelle ist????
eine quelle... aus der sprudelt etwas .... aus ner led sprudelt null nix niente
q.e.d.

verbraucher ?

mfg

Doc Alex
Beiträge: 5546
Registriert: Sa 29. Nov 2014, 18:01
Germany

Re: LEDs verschalten, in Reihe, parallel ???

Beitrag von Doc Alex » Mo 30. Sep 2019, 14:48

ohjaa hat geschrieben:
Mo 30. Sep 2019, 14:34
is mir aber neu das ne led ne spannungsquelle ist????
eine quelle... aus der sprudelt etwas .... aus ner led sprudelt null nix niente
q.e.d.

verbraucher ?

mfg
Du siehst das an de u/i Kennlinie

U auf x-achse, i auf y Achse.

Stromquelle: waagerechte Linie. Egal welche Spannung, konstanter Strom.

Spannungsquelle: senkrechte Kennlinie. Egal, welcher Strom immer gleiche Spannung.

Was Dich irritiert ist der Quadrant. Eine ideale Spannungsquelle hat auch die gleiche Spannung, wenn Du einen negativen Strom draufgibst, also eine Art senke. Die Led sperrt im negativen Bereich. Ist also keine IDEALE Spannungsquelle. Das schrieb ich aber schon.

Klarheit besser?
Wer Kunststoff kennt nimmt Stahl!

ohjaa
Beiträge: 833
Registriert: Mo 24. Feb 2014, 00:56
Wohnort: 00 ist die hygiene fürs wc
Germany

Re: LEDs verschalten, in Reihe, parallel ???

Beitrag von ohjaa » Mo 30. Sep 2019, 14:55

nochmal eine led ist keine "spannungsquelle" egal in welchem zusammenhang
eine led ist ein verbraucher, ein widerstand ,lichtwellenerzeuger oder ein verdammtes verschluckbares kleinteil aber keine quelle.

mfg

sollte sich die physik so stark geändert haben seit ich die letzte led verbaut habe ???

Antworten