LED Vorwiderstand berechnen & beleuchtete Plexi-Scheibe

hi,

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Dank eurer Hilfe konnte ich nun eine erste Plexiglasprobe mit LED-Beleuchtung fertigen.
Auf Seite 2 gibt es ein paar Fotos.

Deshalb habe ich den Titel ergänzt.
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bin ja Mechanikus und bekennender Elektronik-Noob #-o


Folgendes Problem:

Spannungsquelle: 6,5 V DC
je zwei LED´s (2*rot; 2*grün; 2*blau) in Reihe (20mA)

Vorwiderstand soll berechnet werden.

Code:

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LED Vorwiderstand (Berechnung):

Eingangsspannung:        6,5 V DC
2 LED´s Rot        (in Reihe)                2 * 1,8V = 3,6 V (20 mA)
2 LED´s Grün        (in Reihe)                2 * 3,0V = 6,0 V (20 mA)
2 LED´s Blau        (in Reihe)                2 * 3,2V = 6,4 V (20 mA)

                                          Spannung am Vorwiderstand UR
                                          (Betriebsspannung - LED-Spannung)
Vorwiderstand RV -----------------------------------------------------------
                                                  Strom (LED) I


Rote LED´s:

                (6,5V - 3,6V)
RV = --------------------------
                0,02 A

RV = 145 Ohm  (E 24 - 5% - 150 Ohm)



Grüne LED´s:

                (6,5V - 6,0V)
RV = --------------------------
                0,02 A

RV = 25 Ohm  (E 48 - 2% - 24,9 Ohm)



Blaue LED´s:

                (6,5V - 6,4V)
RV = --------------------------
                0,02 A

RV = 5 Ohm  (E 24 - 5% - 5,1 Ohm)




Vorwiderstand Leistungsberechnung:

P = U*I
P = 6,5V * 0,02A

P = 0,13 W

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Ich habe Google bemüht, gelesen, gerechnet und aufgeschrieben.

Froh wäre ich, wenn mal jemand über die Berechnung schaut, sollte so stimmen, denke ich.


Vielen Dank für die Mühe und liebe Grüße,

Klingon77

Die Formel stimmt so.

Allerdings wirst du bei Blau einen sehr kleinen R bekommen, weil 2*U_F ~ VCC ist. Kleine Schwankungen in VCC (Innenwiderstand der Spannungsquelle) bzw. Exemplarstreuung der LED führen dann zu schlecht vorhersagbaren Ergebnissen.

In deinem Falle ist R_Blau nur 5 Ω

hi Nachbar,


Mal Dank für Deine Mühe :mrgreen:
für Blau habe ich 5 Ohm errechnet.

Ich möchte ein 6,5V 2A Steckernetzteil verwenden :

http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA...b3d192d6bbeb92


Als SMD-LED´s sind diese hier angedacht:

http://www.led1.de/shop/product_info...0-stueck-p-464


Es sollen max. 50 LED´s betrieben werden.
Dabei ist immer nur eine Farbe angeschaltet!


Wegen der Lebensdauer habe ich das Netzteil extra ein wenig größer gewählt. Es muß ja nicht permanent am "Anschlag" betrieben werden.

Soll ein DEMO-Objekt werden.


liebe Grüße,

Klingon77

Bei der doch recht niedrige Spannung ist es empfehlenswert, für jede
einzelne LED einen Vorwiderstand zu nehmen. Ist zwar doppelter Strom,
aber je höher der Vorwiderstand ist, um so mehr hat er eine gewisse
stromstabilisierende Funktion, welche auch Streuungen der LED-Durchlass-,
sowie Betriebsspannung abfängt. Bei einem Vorwiderstand von 5Ohm hätte
eine SpannungsÄNDERUNG von 100Millivolt bereits eine StromANDERUNG
von 20 Milliampere (damit kann man schon Power-LEDs betreiben, nur
mit der Stromdifferenz) zur Folge. Kleine Konstantstromquelle für jede
LED wären sicher noch idealer, ich weiss jedoch nicht, ob sich das fürs
angestrebte Projekt lohnt. VG Micha

Hallo Klingon77!

Es wäre besser, bei dem o.g. Netzteil die Spannung 7 V zu nehmen und grössere Vorwiderstände für alle LEDs zu verenden. Dann wird der Vorwiderstand für blaue LEDs 30 Ohm betragen, was 6-fach besser den Strom durch die LEDs bei kleinen Spannungsschwankungen bestimmen wird.

MfG

hi,

von der Seite der Spannungsschwankungen habe ich das noch nicht betrachtet.

Mir ging es bei der Wahl der Spannung darum die Verluste gering zu halten.

Wo Ihr Recht habt, habt Ihr Recht; ich werde eine höhere Spannung des Netzteils wählen.

Um die Led´s mit einer Konstantstromquelle zu betreiben lohnt der Aufwand, glaube ich nicht.

Es soll einfach nur ein Schild (ca. 200x300mm) beleuchtet werden.

Der Arbeitsaufwand soll auch gering bleiben.

Mal Dank für eure Hilfe :mrgreen:


liebe Grüße,

Klingon77

In der Tat ist das ein Kompromiss. Muss es wirklich 6,5V sein? Ich wurde
dann eine Stromversorgung einsetzen, welche dann wirklich mehrere
Dutzend Volt hat oder gar die Netzspannung gleichrichten, wenn mans
berührungssicher aufbaut. Dann kann man eine bessere Leistungsbilanz
hinkriegen oder besser noch, die LEDs mit PWM steuern. Mit PWM aus
gleichgerichteter Netzspannung (ca. 320V DC), alle LEDs einer Farbe
in Reihe mit taktbarer Konstantstromquelle, gesteuert mit einem ATtiny13
und einige Bauteile für insgesamt max 15 Euro ohne LEDs, wird warscheinlich
noch nicht mal handwarm. VG Micha

hi,

ich dachte immer das bei einer höheren Eingangsspannung die Verluste am Vorwiderstand ebenfalls steigen?

Ist das falsch?

Generell könnte ich auch die 7V des Netzteils nehmen.

Auf eine Konstantstromquelle oder eine AVR-Regelung wollte ich bei diesem Teil eigentlich verzichten.
Da wird der bauliche Aufwand zu hoch.

Wegen einer evtl. Berührungssicherheit soll auch nur eine geringe Spannung in das beleuchtete Schild fließen.

Da möchte ich kein Risiko eingehen.


Nun suche ich mal nach einer Berechnungsgrundlage um den Leistungsverlust am Vorwiderstand auszurechnen.

Nach meinem Verständnis sollte es in etwa so sein:

Versorgungsspannung 7V.
LED Spannung 2V (nur mal angenommen)
LED Strom 20mA

Es müssen am Vorwiderstand 5V abfallen.
Macht bei 20mA Strom: 5V * 0,02A = 0,1W für den Leistungsabfall am Widerstand.

Bei 15 LED´s wäre dies eine "Heizleistung an den Vorwiderständen" von 1,5W.

Richtig so?



Ich könnte ja, um die Sicherheit bei Spannungsschwankungen zu erhöhen jeder LED einen eigenen Vorwiderstand "verpassen".


liebe Grüße,

Klingon77

Die höhere Betriebsspannung wird durch die höhere Gesamtspannung der
in Reihe geschalteten LEDs notwendig. Daher braucht widerum nur weniger
Spannung "vernichtet" werden. Auch die Streuungen der einzelnen LEDs
"heben sich in etwa" auf. Wenn man ein paar Rechenbeispiele einfach mal
so durchgeht, wird man feststellen, das bei höherer Spannung, mehr LEDs
in Reihe und ausreichend hoher (der Stabilisierung wegen) Widerstand,
weniger Verlustleistung pro LED entstehen. Vielleichtlohnt sich doch ne
Konstantstromquelle, die ist noch stabiler, verbessert jedoch die
Leistungsbilanz im analogen Betrieb nicht. Vg Micha

Hallo Klingon77!

Wenn es nur um permanente Anzahl leuchtender LEDs geht, könnte man naturlich davon augehen, dass keine Spannungsschwankungen zu erwarten sind und die Vorwiderstände möglichst gering zu halten, so wie die 5 Ohm für blaue LEDs bei 6,5 V. In dem Fall könnte man auch für rote Farbe 3 LEDs seriell schalten und 60 Ohm Vorwiderstnd bei 6.5 V nehmen. Für grüne LEDs bei 6,5 V wird der ausgerechneter Vorwiderstand dann 25 Ohm betragen (27 Ohm Standartwert). Die gesamte Verlustleistung kann man auch durch kleineren als max. Strom z.B. 15 mA für alle LEDs reduzieren. Man muss nur sehen, welcher minimaler Strom nötig ist.

MfG

hi,

es handelt sich dabei um eine feste Anzahl von LED´s und das Ganze wird über ein kleines Stecker-Schaltnetzteil betrieben.


Wäre dann der 5 Ohm Widerstand sicher genug?
Um die LED´s nicht bis an´s Maximum zu treiben dachte ich auch schon daran den Strom von 20mA auf z.B: 18mA zu begrenzen.
Das sollte die Lebensdauer nochmals erhöhen (gewährleisten).


Momentan bin ich etwas verunsichert :-k

liebe Grüße,

Klingon77

Alle deine Überlegungen sind richtig. Du kannst sicher sein, dass es richtig ist, vor allem bei 18 mA (ca. 5,6 Ohm), weil Du 10% Reserve hast. Beim stabilisiertem Netzteil sind solche Schwankungen bei permanenter Last praktisch unmöglich.

MfG

Gut, wie PICture schreibt, wenn alle Daten 100prozentig stabil sind!
Ansonsten alle LEDs in Reihe plus min. ca 10V Reserve - Vorwiderstand -
unstabilisiertes NT (von alter Telefonanlage oder Schnurlostelefon)
gegebenenfalls Graetzbrücke und keine Gedanken mehr machen.
Bei Berechnung des Votrwiderstandes auch an die Leistung Desselben
denken. VG Micha

hi,

nochmals Dank für euere Hilfe.

Nun habe ich die Platine mit je einem Vorwiderstand für die entsprechende Farbe der RGB-LED (je 20mA) entworfen.

Dabei habe ich darauf geachtet, daß der Widerstand etwas größer ausfällt und die LED nicht die vollen 20mA bekommt.


Wenn ich die Platine(n) gefräst habe zeig ich nochmal was davon.
Sie wird 8mm breit und 100mm lang.
Eine Sicherung (SMD) ist auch noch dabei.
Die Bauteile sind bestellt und sollten spätestens Anfang nächster Woche eintreffen.

Dafür habe ich auf den Verpolungsschutz (Schottky-Diode) verzichtet.
Die Bauteile auf der Platine sind ja alles Dioden...

An was man auch alles denken muß nur um ein paar LED´s an´s Netz zu bringen #-o :mrgreen:


Wenn ich das mit der Mechanik vergleiche fällt mir dies wohl auch nur leichter weil man das ehemals mühsam erlernte nun intuitiv abarbeitet.

Ich habe noch Hoffnung, daß das in der Elektronik und Informatik ebenso ist.


liebe Grüße,

Klingon77

Erstmal zur Beruhigung... wenn man die Polarität richtig beachtet passiert
ja eh nix Schlimmes. Das Argument, dass sich LEDs jedoch selber schützen
ist gefährlich, da sie nur eine geringe zulässige Sperrspannung haben, sie
sind ja auch nicht für Gleichrichterzwecke konzipiert. VG Micha

hi,

mal angenommen ich verpole die LED mit zugehörigem Vorwiderstand.

Durch die Sperrschicht fließt nur ein geringer Strom, dadurch liegt fast die volle Spannung (6,5 oder 7,0V) an der LED an.

Dann liegt die Spannung über der zulässigen Sperrspannung und die LED wird zerstört.

Richtig so?

Leider habe ich auch kein Datenblatt zu den LED´s.
Selbst auf Anfrage wurde mir kein Link genannt...

Ich werde speziell bei diesem Teil die Leitungen so konzipieren, daß sie nicht vertauscht werden können (fest verdrahten?).
Evtl. kann ich auch noch eine kleine Schutzdiode (Schottky) mit einbauen.
Ich muß mal in meinem Fundus schauen; da findet sich sicherlich noch was.


Für die Zukunft habe ich wieder was gelernt!

liebe Grüße,

Klingon77

Hallo!

Diesmal ist deine Überlegung über eventueller Zerstörung der LEDs nicht ganz richtig. Ein elektronisches Bauteil kann eigentlich nur dann zerstört werden, wenn seine Temperatur (also gesamte Verlustleistung), überschritten wird. Die Spannung allein kann es nicht.

MfG

Bei den lauen LEDs kann schon eine Spannung über 5 V ausreichen. Da braucht auch nicht mal viel Strom fließen. Es git nicht nur thermische Effekte die die Bauteile Zerstören können. Außerdem kann der Strom bei überschreiten der Spannungsfestigkeit auch groß werden.
Dadurch das 2 LEDs in reihe sind solte es aber bis rund 10 V noch gutgehen.

Bei mehr LEDs in Reihe solle man auch den Widerstand größer machen. Im Prinzip Spart man nicht viel, nur das siche die Schawnkungen der einzelnen LEDs teilweise ausgleichen können. Bei mehr LEDs in Reihe wird dann eine aktive Strombegrenzungsschaltung zumehmend attraktiv, denn die kommt immer mit der gleichen Spannung von etwa 1 V aus. Für jede LED sollte der Widerstand minestens 100-200 mV kriegen, bei größeren Tolleranzen der LEDs sogar mehr. Für 20 LEDs in Reihe sollte man also mindestens 2-4 V für den Widerstand vorsehen.

Oft ist thermische Überhitzung die Folge einer Fehlbeschaltung. Zerstörung
kann jedoch auch ganz ohne thermische Überhitzung passieren, z.B. bei
FETS. Kann man alles nicht verallgemeinern. Man sollte Elektronik immer
innerhalb der Grenzwerte betreiben, dann ist Elektronik auch die
zuverlässigste Technologie, die es gibt. VG Micha

hi,

so, nun bin ich wieder einen Schritt weiter gekommen.

Die Grundplatine (mit SMD-Sicherung) ist gefräst und bis auf die LED´s bestückt.

Die LED´s wurden leider noch nicht geliefert; sollten aber auch noch bis spätestens Montag kommen.

Eine Schottky-Diode baue ich außerhalb (Verteiler-Drehschalter) noch ein.


Bild hier  
Die gefräste Grundplatine


Bild hier  
Das Streichholz kennt Ihr ja schon


Bild hier  
Bestückt (bis auf die RGB-LED´s)


Bild hier  
Die Löterei klappt (bis auf Ausnahmen) auch immer besser


Wundert euch nicht über den 1600er Wert auf dem Widerstand.
Das ist ein Druckfehler; es sind 180 Ohm!

Die Sicherung ist mit 500mA für 15 LED´s (300mA) ausgelegt.


Die Platine ist 100mm lang und 8mm (-0,2mm) breit.
Sie soll in ein U-Profil aus Alu eingelgt werden.
Die 8mm dicke Makrolonplatte soll dort ebenfalls halt finden.
Aus diesem Grund habe ich auch oben und unten auf der Platine nochmals eine durchgehende Fräsbahn gezogen.
Somit hat sie am Rand keine Spannung und es kann nicht versehentlich zu einem Kurzschluß durch das Alu kommen.

Die Platinen können aneinander gereiht werden.
Auf den Erweiterungsplatinen findet sich natürlich keine Sicherung mehr.
Natürlich ist die max. Länge durch die Leiterbahnbreite begrenzt.


Besonders freute es mich, daß ich bei dieser (für euch einfachen) Platine ohne Brücken auskomme.


Die LED`s finden sich im Abstand von 20mm auf den Platinen.
Das sollte für eine ausreichende und halbwegs homogene Ausleuchtung sorgen.

Bin schon mal gespannt, wie es aussieht, wenn es fertig ist.
Wird aber noch etwas dauern, da ich das Makrolonschild nicht selber fräse.
Dafür ist mein "kleines grünes Schnuckelchen" doch etwas zu klein.

liebe Grüße,

Klingon77

klingon77: Ich bin begeistert von der Qualität Deiner Platine!
Gratulation! Mit welche(n) Programm(en) hast Du das gemacht?
Vielleicht kannst Dus ja im Tread der CNC-Fräse posten.
Vielen Dank und vielle Grüße Micha

hi,

mal Dank für die Blumen.

* Gezeichnet in SollidEdge V18 (Studi-Lizenz)
* Als DXF exportiert
* In LazyCam eingelesen und G-Code erstellt
* Mit Mach3 gefräst

Ist aber nicht meine erste Platine:

https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...=asc&start=132

beginnt im unteren Drittel. 15.09.2008, 17:05
Da schreibe ich was dazu.
Dann einfach mal weiterschauen; es kommen noch ein paar Fotos.

In den "Fräsenthreads" habe ich auch schon mal darüber geschrieben.
Das möchte ich nicht unbedingt wiederholen sonst blähe ich ihn nur künstlich auf.

Bei Fragen einfach melden; wenn ich kann helfe ich gerne.


liebe Grüße,

Klingon77

Hi,

wieder mal eine sehr saubere Arbeit von Dir!

Leider etwas spät, aber schön: in diesem Modellbaukatalog steht auf Seite 7 eine saubere Ausarbeitung zur Berechnung der Vorwiderstände von verschiedenfarbigen LED´s.

hi oberallgeier,

mal Dank für den Link.
Der Katalog ist recht interessant und die Beschreibung zur Berechnung des Vorwiderstandes ist wirklich gut.

Insbesondere die Gegenüberstellung des verschiedenfarbigen Schaltplanes und der Formel (in den entsprechenden Farben) ist didaktisch anschaulich gelöst.


liebe Grüße,

Klingon77

hi,

es gibt ein wenig neues:

die RGB-SMD-LED´s sind gestern eingetroffen.
Da ich heute Abend "Strohwitwer" war habe ich mich nach der Arbeit noch in die Werkstatt geschlichen und die LED`s auf die Platine gelötet.

Dachte ich zumindest...
Wie sich herausstellte war der gemeinsame Pluspol nicht wie auf dem Foto der Website abgebildet (ein Datenblatt habe ich trotz Nachfrage leider nicht bekommen) sondern auf der gegenüberliegenden Seite :cry:

Meine Platine konnte ich also in die Ecke werfen...

Ab ins CAD und das Layout geändert; Platine neu gefräst, bestückt und angeschaltet.

Funzte Prima! \:D/


Mein Netzteil lässt sich in Schritten von 4,5V bis 7,0 V schalten.
Die Vorwiderstände für die einzelnen Farben sind auf 7V berechnet.
Nun habe ich festgestellt, daß die LED´s ab ca. 5V keinen signifikanten Helligkeitsgewinn mit höherer Spannung aufweisen.

Ich werde sie also mit 5V betreiben. Eine Messung des Stroms hole ich noch nach.



Nachdem alle LED´s brannten, brannte ich auch...
Nämlich darauf ein erstes Versuchsstück in 8mm Plexi zu fräsen.

Dafür habe ich mir die Tage schon mal eine kleine Grafik zweier Blätter entworfen und eine Fräsdatei erstellt.

Nun habe ich die Blätter vier mal in eine Plexiglas Scheibe gefräst.
Verwendet habe ich dazu den gleichen 45 Grad-Fräser wie bei meinen Platinen.

Die Zustelltiefe ist dabei unterschiedlich:
* links unten: 0,5mm (wurde nicht ganz sauber deshalb habe ich bei allen anderen Fräsungen die Frässtrategie geändert)
* rechts unten: 1,0mm
* links oben: 1,5mm
* rechts oben: 0,5mm (mit geänderter Frässtrategie nun sauber gefräst).


Genug geschrieben: hier ein paar Fotos der Platte.
Als Größenvergleich: die Platine ist 100mm lang.

Bild hier  


Bild hier  


Bild hier  


Und noch ein Ausschnitt:

Bild hier  


Man kann gut erkennen, daß eine Frästiefe von 0,5mm - 1,0m gut ausreicht um auch feine Konturen entsprechend darzustellen.
Die 1mm tiefe Gravur leuchtet ein wenig intensiver als die 0,5mm tiefe.
Den Effekt kann man nutzen um "wichtige von unwichtigen" Elemente zu separieren.


liebe Grüße,

Klingon77

Sieht ja klasse aus, prima.....würde mich mal interessieren, wie/ob sich die Lichtverteilung etwas ändert, wenn man die untere Schnittkante bei der Scheibe polieren würde...

hi Andree-HB,

ich denke, daß sich durch das polieren der unteren Stirnseite im Bild noch deutlichere "Lichtkegel" abbilden würden.

Die Kante ist momentan sägerauh.
Ein Sandstrahlen wäre wohl die richtige Behandlung.
Alternativ könnte man auch matt-transparente Folie aufkleben.

liebe Grüße,

Klingon77


PS:
(schade, daß die CNC nicht für Dich ist...)

Boah - ab in die Serie und an die Geschenkartikelindustrie verkaufen.

Hey,

wirklich ein dickes Kompliment!
Das ist echt mal super geworden!!!

ein ganz kleiner Zusatz: du kannst ja die "LED-Leiste" in eine Art Leiste "verstecken" und die Plexiglasplatte dann auf dieser Leiste montieren.
So hast du einen Fuß für die Platte und bei dunklerem Hintergrund würde das Bild/konturen mehr zur Geltung kommen, da die "grellen" LEDs dann abgedeckt sind...Aber wie gesagt, das ist nur ein kleiner Tipp zu deinem Meisterwerk! ;-)

Hallo Klingon77,

echt saubere Arbeit, Respekt, sieht toll aus!

Also ich würde das Ganze gleich noch etwas weiterspinnen ... du kannst doch so genau fräsen, da bietet es sich doch an, ein Bild in verschiedene Farben zu zerlegen und die einzelnen Farbschichten auf getrennte Platten zu fräsen und entsprechend zu beleuchten. Dann (mit gut versenkten LEDs) diese einzenen Platten wieder hintereinander fügen um das Gesamtbild zu erhalten.

Müßte topp aussehen ... denk ich mir mal einfach ;-)

Gruß MeckPommER

Hallo

Das sieht echt klasse aus und wie inzwischen schon gewohnt auch handwerklich wieder top. Glückwunsch.

Da scheinbar immer nur die zur LED gewanden Seiten der Fräsungen leuchten könnte man durch allseitige Montage der LEDs vielleicht noch zusätzliche Farb(misch)effekte erzeugen.

Zitat:

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Wie sich herausstellte war der gemeinsame Pluspol nicht wie auf dem Foto der Website abgebildet

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Ärgerlich!

Gruß

mic

hi,

mal dank für die Blumen :mrgreen:

Geschenkartikelindustrie wäre was; gibt es aber schon.
In anderen Foren habe ich schon öfter solche Bilder gesehen.
Das ist ein beliebtes Frässtück in der "Fräsgemeinde".
Außerdem habe ich schon einen 400€ Job.

Evtl möche ich mir für meine Sauna, welche ich, falls ich versehentlich wieder mal zu etwas Geld komme, auch weiterbaue ein kleines Schild in der Art fräsen.

Mal schauen.


In anderen Foren sieht man immer Standfüße aus Holz.
Evtl. ließe sich was in Alu oder Plexi machen?


Die Idee ein Bild in unterschiedliche Segmente zu zerliegen und auf unterschiedliche Platten zu fräsen (Layertechnik) finde ich wirklich mal kreativ.
Soweit habe ich ehrlich gesagt noch nicht gedacht.
Mal Dank dafür \:D/


Als nächsten Schritt möchte ich ein Bild machen (Saunabild ?).
Dort ist es angedacht die mit den RGB-LED´s einen Farbverlauf zu realisieren.
Deshalb auch die Einarbeitung in die AVR´s; drei mal PWM möglich.
Bei meinem CC-Basic geht nur zweimal.

Bei größeren Bildern würde sich auch anbieten (ist es nötig?) umlaufend LED´s anzubringen.
Dann könnte man auch für jede Seite einen eigenen AVR spendieren?

Mal schauen, wo das alles noch hinführt.


Leider habe ich nur noch sehr wenig Zeit.
Mein kleines Getriebe bleibt auch liegen...


Nochmals Dank für eure Hilfe bezüglich der Vorwiderstände.

Die nächsten Fragen bezüglich PWM und AVR kommen sicherlich auch noch.

Da möchte ich aber erst noch ein wenig lesen und selber versuchen.


liebe Grüße,

Klingon77

Das mit den verschiedenen Schichten geht sehr gut. Das Licht bleibt immer schön in einer Lage