Umbauanleitungen

Grundlagen der LEDs

Hier gibt es Infos für LED Anfänger, oder diejenigen die sich "mal eben" damit auseinander setzen müssen. Elektroprofis kennen hier alles schon und wissen es sicherlich besser ;).

Ich möchte hier auch nicht lange Ausholen, es geht kurz und knapp darum was es für LEDs gibt und wie man sie am besten anschließt.

Plus und Minus, Reihen und Parallelschaltung

LEDs sind Halbleiter (Chips) die Leuchten. Daher haben sie eine lange Lebensdauer, brauchen viel weniger Strom und sind unempfindlicher als Glühlampen.

Fangen wir mit der Standard 3mm/5mm LED an.

Sie benötigt einen Strom von 20mA und eine Spannung von ca. 3,5V (je nach Farbe).
Bei LEDs ist die Spannung nicht so wichtig, hier muss man auf den Strom achten!
Möchte man eine LED an eine 9V Batterie anschließen, so muss ein Widerstand in Reihe geschaltet werden.
Wo der Widerstand angebracht wird, ob vor oder hinter der LED, ob an Plus oder Minus, ist egal!
Die LED selbst muss korrekt an Plus und Minus angeschlossen werden, wird sie vertauscht, leuchtet sie nicht.
Wo bei einer LED Plus und Minus ist, kann man am besten im Innern erkennen. Der größere Teil ist Minus, der schmalere ist Plus.

Kommen wir zurück zum Anschluss an eine 9V Batterie.
Eine weiße 3mm LED braucht ca. 2,8V, die restlichen 6,2V müssen "Vernichtet" werden um die LED richtig zu versorgen. Dies übernimmt der Widerstand.
Um herauszufinden welchen Widerstand wir benötigen helfen kleine LED Rechner die es im Internet zum Downloaden gibt, so spart man sich das Rechnen.
Diesen nutze ich: Download
Laut diesem Rechner benötigen wir einen 310ohm Widerstand.

Unsere Schaltung sieht somit folgendermaßen aus:

Möchten wir zwei LEDs oder mehr an der 9V Batterie betreiben, haben wir die Wahl zwischen einer Parallel oder Reihenschaltung.
Eine Reihenschaltung sieht wie folgt aus:

Die zweite LED braucht natürlich auch ihre 2,8V und so muss der Widerstand kleiner werden. In unserem Fall 170ohm laut dem LED Rechner. In dem Rechner geben wir einfach im Feld "Anzahl LED in Reihe" eine 2 an.
Die Reihenschaltung hat einen Nachteil. An einer 9V Batterie können wir so max. 3 LEDs anschließen, da bei 4 LEDs die Spannung nicht mehr ausreicht.(4*2,8V = 11,2V).
Entweder wir brauchen eine andere Spannungsquelle, z.B. ein 12V Netzteil oder wir nehmen die Parallelschaltung. Das sieht dann so aus:

Der Vorteil ist, das man hier so viele LEDs anschließen kann wie man möchte! Der Nachteil, jede LED braucht ihren eigenen Widerstand und mehr Energie wird im Widerstand verbraucht, anstatt als Licht in der LED umgesetzt.
Je mehr LEDs, desto kürzer die Lebensdauer der Batterie natürlich!

Man kann nun auch eine Kombination aus einer Reihen und einer Parallelschaltung machen. So spart man Widerstände und nutzt die Energie besser anstatt sie in den Widerständen zu verbrauchen!

Die Reihen und Parallelschaltung kann man bei allen LED Typen anwenden.

LED Typen 5mm, Superflux, Power LED, usw.

Kommen wir zu den unterschiedlichen LED Typen.

SMD, 3mm, 5mm, 8mm, 10mm LEDs unterscheiden sich nur in der Bauform und Leuchtstärke. Die LEDs werden nicht warm und brauchen ansonsten keine weitere Beachtung. Ein Widerstand um sie vor hohen Strömen zu schützen reicht meistens aus.

Als nächsts die Superflux LEDs:

Sie haben 4 Beine, wobei zwei doppelt belegt sind. Es gibt also zweimal Plus und zweimal Minus - welches Bein man nun nutzt ist egal.
Man muss aber aufpassen, nicht alle Superflux LEDs sind gleich. Es gibt auch z.B. drei mal Minus und einmal Plus oder umgekehrt.
Bei so genannten 3-Chip Superflux LEDs kann es sogar so sein, das es einmal Minus gibt, und 3 mal Plus wobei jedes Plus für einen der drei Chips ist!
Hier heißt es einfach ausprobieren - 9V Batterie nehmen, Widerstand davor und gucken wann sie leuchtet.

Als nächstes die SMD LEDs

Um hier Plus und Minus zu erkennen haben die Hersteller unterschiedliche Markierungen. Hier heißt es am besten erst einmal kurz testen wann sie Leuchtet um dies heraus zu finden.
SMD LEDs gibt es in unterschiedlichen Bauformen und Größen. Angefangen von den 0603, 0805, 1206 bis zu Sonderbauformen wie PLCC2 usw.
Um die nur wenige Millimeter kleinen LEDs zu verlöten benötigt man eine Ruhige Hand und schon etwas Löt Erfahrung!

Kommen wir zu den so genannten Power LEDs:

Power LEDs

Power LEDs sind LEDs ab 1W Leistung bzw. ab einen Stromverbrauch von ca. 350mA - im Gegensatz zu den vorherigen LEDs mit 20mA.
Hier wird es nun etwas kritischer. LEDs sind Hitzeempfindlich. Wir wissen ja, das sie Halbleiter (Chips) sind. Und wie der Prozessor im PC gekühlt werden muss um nicht über 60°C zu kommen, so muss die LED ebenfalls gekühlt werden!

Nun geht es in der Power LED reihe mit der Leistung immer weiter hoch. Es kommen die 3W und 5W LEDs.
Moderne LEDs gibt man die Bezeichnung 3,5Watt. bzw. haben sie Eigennamen wie Rebel, K2, P4 , Cree usw. Natürlich gibt es auch noch stärkere alla 10Watt oder gar 100Watt LEDs. die bestehen aber meist aus mehreren Chips und nicht nur aus einem.

Des Weiteren wissen wir, das die LEDs Stromempfindlich sind. Bekommen sie zu viel Strom oder Stromspitzen, gehen sie kaputt. In dieser Leistungsklasse bzw. bei den Kosten dieser LEDs sollte man daher auf eine bessere Stromzufuhr achten. Ein Widerstand ist hier nicht mehr so gut.

Widerstand bei Power LEDs

Dennoch, bei den 1Watt LEDs reicht ein Widerstand oft noch aus.
Nehmen wir also eine weiße 1W LED und schleißen sie an eine 12V Spannungsquelle an.
Die LED hat laut LED Shop folgende Daten: Spannung 3,5V und 350mA
So errechnen wir mit unserem LED Rechner einen Widerstand von 24ohm. Aber Achtung, die Leistung des Widerstands wird mit 2,975Watt angegeben! Man benötigt also einen Hochlastwiderstand. Die Normalen Widerstände halten nur 0,25 Watt aus!

Der nächste Hochlastwiderstand wäre ein 5Watt Widerstand. Zudem gibt es keine 24ohm. Also nehmen wir den nächst höheren Wert, das wären 33ohm.
Mit diesem Widerstand läuft unsere LED aber nur noch mit 255mA statt mit 350mA. Sie ist also deutlich dunkler und bringt nicht ihre volle Leistung!
In den meisten fällen ist es dennoch ausreichend.
Es gibt aber noch ein Nachteil. Nicht nur, das die LED selbst gekühlt werden muss, der Widerstand wird ebenfalls sehr heiß! Ihm macht das bis 120°C nichts aus, man verbrennt sich aber die Finger daran und die nähere Umgebung - sollte sie aus Plastik sein - kann darunter leiden.

Konstantstromquellen (KSQ)

Wegen all den Nachteilen einen Widerstand bei Power LEDs zu verwenden, nimmt man hier so genannte Konstantstromquellen (KSQ).

Eine KSQ gibt einen genauen Strom vor. Es wird kein Widerstand benötigt! Die LED ist gegen Stromschwankungen und Stromspitzen geschützt!

Es gibt getaktete und Lineare KSQ. Die Linearen sind billig und leicht aufzubauen, haben aber den Nachteil, das auch sie heiß werden können und nicht über 120°C kommen dürfen - ein extra Kühlkörper für so eine KSQ ist also oft Pflicht.

Die getakteten KSQ werden nicht heiß, sind aber kompliziert aufzubauen bzw. Teuer.

Wie für die Widerstände in der Reihen und Parallelschaltung gilt das selbe auch für die KSQ. Sie wird einfach anstatt des Widerstandes eingesetzt!

Die Einfachste KSQ besteht aus einem LM317 und einem Widerstand. Der Widerstand bestimmt wie viel Strom die KSQ zur LED durchläst, den Rest setzt sie in Wärme um.

Man besorgt sich einen LM317 und klebt ihn am besten mit einem Wärmeleitpad auf einen Kühklörper.
Mit dem Passenden Widerstand wählt man die Stromstärke die man haben möchte.
350mA = 3,6ohm
700mA = 1,8ohm
1000mA = 1,3ohm
Oder selber ausrechnen auf dieser Seite: LINK

RGB LEDs

RGB LEDs bestehen aus 3 Chips mit je einer Farbe - die Grundfarben des Lichts (Rot, Grün, Blau).
Sie gibt es auch in unterschiedlichen Bauformen wie den 5mm LEDs, SMD LEDs bis zu den Power LEDs. Es gelten die gleichen Regeln wie bei den normalen LEDs. Sie haben 4 bis 6 Anschlüsse um jede Farbe einzeln anzusteuern.
Durch die Grundfarben kann man alle Farben darstellen die möglich sind. Und auch weiß!

Leuchten Rot und Blau, ergibt das Rosa. Bei Rot und Grün = Gelb. Blau und Rot = Türkis. Alle 3 = Weiß
Es gibt auch spezielle Steuerelektronik für RGB LEDs. Man nennt sie DMX . Damit kann man Farbverläufe usw. Realisieren.
Hat eine RGB LED nur 4 Anschlüsse, so sind entweder die Plusleitungen oder die Minusleitungen zusammen gefasst.
Hat eine RGB LED 6 Leitungen, so hat jede Farbe ihre eigene Plus und Minus Leitung. Jede Farbe bzw. LED muss ihren eigenen Widerstand oder KSQ bekommen!