Kennlinie / Arbeitsweise einer LED - Betrieb an 230 Volt AC

[digitalfreak]

Hallo zusammen,

mir geht gerade eine Idee durch den Kopf und ich bin mir nicht sicher, ob das überhaupt funktionieren kann. Der Hintergrund meiner Frage ist folgender:

Ich möchte 100 SMD LEDs mit 3,2 Volt Durchlassspannung mit einer Konstantstromquelle (15 mA) an 230 Volt AC betreiben. Die Konstantstromquelle soll mit einem LM 317 realisiert werden (2 Bauteile).

Nun habe ich mir überlegt eine Vollweggleichrichtung mit 4x 1N4007 zu machen und diese mit ein paar 0,1uF 400V Folienkondensatoren zu puffern, um eine "kleine" Glättung der 50Hz zu erreichen. Das würde rein theoretisch eine Gleichspannung von 325 Volt ergeben.

Die Schaltung soll weitergehend so aussehen: 100 LEDs in Reihe mit einer 2-pol Konstantstromquelle bestehend aus einem LM317 und einem 120 Ohm Widerstand.

Nun stellt sich bei mir folgende Frage: was passiert zum Zeitpunkt "0" also beim anlegen der Spannung mit dem LM317, der ja nur max. 40 Volt In/Out Differenz verkraftet? Liegen in dem Moment am LM317 325 Volt oder 0 Volt an?

Oder anders gefragt: Lassen die 100 LEDs im Einschaltmoment die Spannung durch oder sperren sie?

Das soll nur eine theoretische Betrachtung sein. Ev. Toleranzen in Bauteilen (LED etc.) sollen hierbei unberücksichtigt bleiben. Natürlich kann man eine Konstantstromquelle auch diskret aufbauen ...

Vielen Dank für eure Meinungen und Antworten,

Ulf

PS: es ergeht noch der Hinweis an alle Nichtelektroniker: 230 Volt Lebensgefahr! Nachbau nicht empfohlen!

 

[Bertl100]

Hallo!

folgende Anmerkungen:

- Du hast nicht 50Hz sondern 100Hz Ripple durch die Vollweggleichrichtung.

- wenn du 1µF nimmst, dann fällt bei 15mA Last die Spannung am C (Falls dieser Strom konstant fließt) um 150V!
(Q = CxU = ixt). Deine Spannung schwankt also ziemlich!

- Die Brennspannung der LEDs ist ca. 3.2V. Diese kann aber abweichen und ist auch deutlich temperaturabhängig!
Wenn sie um 5% auf 3.36V ansteigt, fließt Strom mehr in die LEDs. Du hast ja nur 325V.
Wenn sie umgekehrt um 5% fällt, hast du insgesamt noch 304V. Wenn die Netzspannung jetzt +6% hat (was zulässig ist) ist der Spitzenwert 344V. Am LM317 stehen dann schon 40V an - sein absolutes Maximum.

- Der Einschaltmoment ist in der Tat ein Problem, aber nicht so leicht zu beschreiben. Es hängt davon ab, wie schnell sich dein 1µ Kondensator auflädt. Ferner ist unklar, welche Kapazität der Strang mit den LEDs gegenüber dem Bezugspunkt hat. Die LEDs selber haben kaum Kapazität. Davon hängt ab, welche Spannungsspitze der LM317 verkraften müßte.

Aus meiner Erfahrung kann ich sagen, dass z.b. bei Längsreglern immer auf die volle Eingangsspannung + Reserve dimensioniert wird, wenn auch am Längsregeltransistor nur die Differenz von Ausgang- und Eingangsspannung anliegt.

Gruß
Bernhard

 

[digitalfreak]

Hallo Bernhard,

vielen Dank für deine ausführliche "Beleuchtung" des Themas. Die 50 Hz waren in der Tat ein totaler "brain to keyboard error".

Ich möchte tatsächlich zum Spaß mal so ein Teil mit 100 SMD LEDs aufbauen. Ich habe genug rein weiße runde 1200mcd SMD LEDs mit einem Durchmesser von 2 mm. Dabei steht die Überlegung im Vordergrund ein möglichst kleines PCB zu verwenden, das mit möglichst wenig Aufwand realisiert ist. Die Methode mit einem Kondensator als "Längswiderstand" steht noch im Raum, aber das Flackern geht mir schon mächtig auf die Nerven.

Zudem stand der Gedanke der Low-Power Technik im Raum. Natürlich könnte man eine clevere Niedervolt-Lösung machen. Die Verlustleistung durch die einzelnen Stränge würde zwar etwas steigen, aber ich denke mit einem kleinen Schaltnetzteil durchaus realisierbar.

Wie würdest du denn so etwas umsetzen? Es besteht ja auch durchaus die Möglichkeit eine Konstantstromquelle mit ein paar Bauteilen diskret aufzubauen, die dann auch die Spannungsspitze aushält.

Vielen Dank für deine Meinung,

Ulf

 

[TobiasH]

Bei einer diskreten Konstantsromquelle hast du 2 Bauteile mehr...
.. also 4.

Dafür kannst du aber einen Transistor nehmen, der viel mehr Spannung ab kann.
Ich würde hier 2 Stränge vorschlagen, damit die Quelle ein bisschen "Handlungsfreiheit" hat.

 

[Bertl100]

Hallo!
der Vorschlag von Tobias ist vernünftig! Dem schließe ich mich an!

Gruß
Bernhard

 

[digitalfreak]

Hallo zusammen,

wenn man in der Kiste kramt, was man da nicht noch alles findet . - u.a. ein ausgedientes Schaltnetzteil mit 1a Bauteilen.

Ich habe mich dahin gehend entschieden, folgende Lösung mal zu probieren:

Brückengleichrichter und 150uF/400 Volt Elko aus dem Schaltnetzteil mit einer diskret aufgebauten Konstantstromquelle mit 15 mA, die bis 400 Volt verträgt, in ein schönes kleines Steckernetzteil-Gehäuse bauen. Dann erst einmal 90 LEDs nehmen und eine Option auf dem PCB offen lassen für weitere 1-10 LEDs. Dann mit einem regelbaren Trafo die tatsächlichen Daten und Werte ermitteln. Wie Bernhard schon anmerkte, sind die Toleranzen nicht zu vernachlässigen. Weiterhin ist die Durchlassspannung bei etwas niedrigerem Strom auch etwas geringer.

Eine experimentelle Ermittlung der tatsächlichen Werte macht also Sinn.

Durch die Auslagerung der Bauelemente in das Steckergehäuse wird das PCB für die LEDs recht klein und schön flach. Das PCB könnte man dann, wenn alles fertig ist und läuft, in ein Flachgehäuse mit einer milchigen Plexiglasscheibe bauen. Alles natürlich entsprechend isoliert und berührungssicher :shock:

Nun, da alle Bauteile vorhanden sind und nichts außer dem Gehäuse für das LED PCB gekauft werden braucht, kann es ja lustig los gehen.

Schön mit euch darüber diskutiert zu haben. Dabei kommen einem manchmal die besten Ideen und man kann Unzulänglichkeiten vorbeugen (ja Bernhard - 100 Hz - 1uF und 15mA - die Formel kannte ich nicht und habe mich immer gefragt, wie man so etwas berechnet ...)

Viele Grüße,

Ulf

 

[Bertl100]

Hallo!

bleibt noch die Überlegung der Verlustleistung.

Bei 90 LEDs und 325 werden wohl so maximal 50 - 80V (im Kopf geschätzt) an der Stromquelle verbraten.
Das wären dann 80V x 15mA. Das wären ca. 1.2W Verlustleistung.
Das ist noch "händelbar". Mit einem kleinen Kühlkörper auf dem Regeltransistor der Stromquelle.

Gruß
Bernhard

 

[digitalfreak]

Hallo Bernhard,

das sehe ich auch so. Bis zu 1 Watt Verlustleistung am Regler sind durchaus akzeptabel. Deshalb dachte ich auch daran eine Option für 1-10 weitere LEDs auf dem PCB offen zu lassen, um eine optimale Konfiguration zwischen Verlustleistung und Spannungsreserve zu erzielen.

Worüber ich nun gar keine Erfahrungen habe: wie warm werden eigentlich 90 - 100 LEDs ? :-k Ich habe die Erfahrung bis dato nur mit 8 dieser LEDs in einem Verbund gemacht. Sie wurden nicht einmal handwarm. Aber 8 Stück ist was anderes als 90 oder 100.

Mir scheint so, dass es hier wirklich die Summe der Bauteile macht, die einen ein wenig zum Grübeln bringt...

Viele Grüße,

Ulf

 

[Bertl100]

tja. ich würde sagen 300V x 15mA, macht ca. 4.5W für alle LEDs zusammen.

Wie warm das wird, hängt davon ab, wie die KÜhlung aussieht, wie nahe sie beinander sind!

Gruß
Bernhard

 

[digitalfreak]

Hallo Bernhard,

jetzt willst du mich aber auf den Boden der Tatsachen zurückholen :redhotevil: . 100% Verlustleistung und 0% Lichtausbeute. Da sollte ich vielleicht doch überlegen, ob ich meinen alten 6 Watt Lötkolben in die Steckdose stecke. Vielleicht bringe ich ihm ja noch das leuchten bei :angel: ...

Vielen Dank erstmal für den netten Gedankenaustausch.

Grüße,

Ulf

 

[Bertl100]

Hallo!

ich wollte dich nicht demotivieren!

Klar, es werden nicht 100% Verlustleistung sein. Aber ich denke, 90% sind schon realistisch!

Gruß
Bernhard

 

[digitalfreak]

Hallo Bernhard,

ich wollte nur noch mal eine Rückmeldung geben:

Ich habe die Sache mit 95 LEDs umgesetzt und die Platine auf Grund deiner "Warnung" etwas größer ausgelegt. Die Wärmeentwicklung ist wirklich nicht zu vernachlässigen und hält sich dank der etwas größeren Platine so bei 50 Grad. Das ist ein Wert, den die LEDs auf Dauer mit Sicherheit vertragen.

Der Drift in Bezug auf die Wärmeentwicklung MUSS einkalkuliert werden - hätte ich auch nicht gedacht, dass es bis zu 20% sind.

Die Sache ist insgesamt ein Erfolg im ersten Anlauf geworden. Läuft mit 13mA und einer super Lichtausbeute.

Vielen Dank noch mal für deine Ratschläge,

Ulf

 

[Bertl100]

Hallo!

Na, dann Gratulation!
Und danke für die Rückmeldung!

Gruß
Bernhard