Forward Voltage DC-Kennlinie bei LED

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Forward Voltage DC-Kennlinie bei LED

Neuer Beitragvon NundNs am Mittwoch 24. Juli 2013, 06:33

Hallo,

ich bin etwas verwirrt bei der Vorwiderstandsberechnung dieser LED... Im Datenblatt auf Seite 8 ist ein Diagram mit dem Durchlassstrom relativ zur Spannung. Ich möchte die LED mit knapp 900mA betreiben - ich hatte angenommen, dass ich den Vorwiderstand mit der "typischen Durchlassspannung" (S. 4) von 3.2V berechne. Wenn ich mir das Diagram mit der DC-Kennlinie ansehe, läge die Spannung bei einem Strom von 900mA bei etwa 3.6V

Habe ich hier einen Denkfehler oder wie berechne ich nun den Vorwiderstand??

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Re: Forward Voltage DC-Kennlinie bei LED

Neuer Beitragvon anders am Mittwoch 24. Juli 2013, 10:48

Für die tiefblaue LED (-LD) wir auf Seite 4 eine typische Flußspannung vo 3,2V bei 350mA genannt.
Du willst die LED aber mit mehr als dem doppelten Strom betrieben, und dafür stimmt der im Diagramm genannte Wert von etwa 3,55V. Die 3,2V bei 350mA kannst du in diesem Bild auch ablesen.

Aber Vorsicht:
Diese Werte gelten nur, wenn sich die Montagefläche der Diode auf 25°C befindet.
Deahalb misst Osram solche Werte mit kurzen Impulsen, bei denen sich die LED nicht merklich erwärmt.
Für Ströme, wie sie dir vorschweben, muß man die LED "mit dem Bauch" auf einem Kühlkörper löten, damit die entstehende Wärme abgeführt wird.

Da die angegebene Flußspannung nur ein typischer Wert ist, also Exemplarstreuungen hat (S.4), und außerdem noch von der Temperatur der Sperrschicht abhängt, empfieht es sich keinen simplen Vorwiderstand, sondern eine Konstantstromquelle zu verwenden, wenn man so nahe an die Grenzdaten herangeht.
Auf Seite 11 kannst du sehen, wie sich die Flußspannung in Abhängigkeit von der Temperatur der Sperrschicht erniedrigt.
Die Sperrschicht ist aber im innersten der Diode und natürlich heisser als der Montageflansch.
Auf Seite 4 wird dafür ein Wärmewiderstand von 6,5..11 K/W angegeben, und da du die Diode mit 0,9A*3,6V = 3,2W betreiben möchtest, ist die Sperrschicht um 21..36 °C heißer als die Lötfläche.

wie berechne ich nun den Vorwiderstand??
Wie gesagt: Am besten nimmt man keinen Widerstand, sondern eine Konstantstromquelle.
Sonst kann man gut zwei Widerstände parallelschalten: Den ersten berechnet man anhand der Grenzdaten (höchste Batteriespannung, höchste Temperatur, geringste Flußspannung) dann nimmt man die Schaltung in Betrieb und misst anhand des an diesem Widerstand auftretenden Spannungsabfalls den tatsächlich fliessenden Strom (ohmsches Gesetz).
Den zweiten Widerstand, -er ist gewöhnlich viel größer-, wählt man dann so, daß er die noch fehlenden Milliamperes liefert.
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Re: Forward Voltage DC-Kennlinie bei LED

Neuer Beitragvon NundNs am Donnerstag 25. Juli 2013, 07:11

Okay, also bei 25°C fallen an der LED 900mA bei 3,55V ab. Ich wollte mir bei eBay eine Starplatine für eine oder drei LED mit einem Kühlkörper besorgen und ggf. noch aktiv kühlen. Ich habe auf jeden Fall mehrere LEDs und könnte diese in Reihe schalten. Als Spannungsquelle nehme ich ein PC-Netzteil und dachte zunächst daran eine LED direkt ohne Vorwiderstand an die 3,3V Leitung zu hängen, womit sie etwa 475mA zieht (hoffe das ist korrekt?!).

Setzte ich 3x 3,55V in Reihe an eine 12V Leitung, bräuchte ich einen 1,5 R Widerstand um auf 900mA (+/- 45mA) zu kommen - richtig?

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Zuletzt geändert von NundNs am Donnerstag 25. Juli 2013, 07:22, insgesamt 3-mal geändert.
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Re: Forward Voltage DC-Kennlinie bei LED

Neuer Beitragvon derguteweka am Donnerstag 25. Juli 2013, 09:16

Moin,

Nein, leider beidesmal voellig falsch. Wie du vielleicht schon ahnst, ist eben die Durchflussspannung bei LEDs von allem moeglichen abhaengig und nicht konstant. Deshalb sollte man LEDs nicht ohne oder nur mit einem ganz kleinen Vorwiderstand an Konstantspannungsquellen anschliessen. So ein PC-Netzteil ist auf der 12V Schiene auch alles andere als irgendwie genau. Im PC ist das auch voellig wurscht, weil dort aus den 12V auch nur wieder andere Betriebsspannungen erzeugt werden. Von daher koennen da auch mal 10V oder 14V rauskommen.
Und dann hast du den Strom, der sich einstellt, nicht unter Kontrolle. Bei LEDs mit Durchlassstroemen im zig100mA Bereich ist das mit den Vorwiderstaenden halt auch so 'ne Sache. Die verbraten dann auch ganz schoen Leistung - von daher kanns guenstiger sein, wenn du eine Konstantstromquelle dafuer nimmst.

Gruss
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Re: Forward Voltage DC-Kennlinie bei LED

Neuer Beitragvon BernhardS am Donnerstag 25. Juli 2013, 09:20

Hallo,

das ist arithmetisch zwar richtig, berücksichtigt aber nicht die Ungenauigkeiten die im Alltag auftreten. Schon die Summe aller Lötstellen hat ein viertel bis ein halbes Ohm, prozentual ein erheblicher Teil des Widerstands.

Man kann auch mit einer so geringen Spannungsdifferenz wie 1,35V eine Stromregelung aufbauen indem man einen MOSFET oder früher einen PNP-Transistor als aktives Element verwendet.

Bernhard
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Re: Forward Voltage DC-Kennlinie bei LED

Neuer Beitragvon anders am Donnerstag 25. Juli 2013, 13:20

also bei 25°C fallen an der LED 900mA bei 3,55V ab
Warum fängst du jetzt wieder damit an?
Ich habe dich doch darauf hingewiesen, daß die Flußspannung auf Grund von Exemplarstreungen bereits bei 350mA bis zu 3,7V betragen kann!
Zu den 3,55V bei 900mA darfst da also gut und gerne noch 0,5V hinzuzählen, damit du mit Sicherheit 900mA erreichst, und bei drei hintereinandergeschalteten LED musst du dafür mehr als 12V bereitstellen.
Um eine Überlastung zu vermeiden, musst du aber den Vorwiderstand für die geringste vorkommende Flußspannung berechnen, und das sind etwa 3,2V bei 900mA.

Aus diesen gegensätzlichen Anforderungen ergibt sich eine erheblich höhere Betriebspannung und ein Vorwiderstand, den man oft so wählt, daß im Normalfall etwa 30% der Betriebspannung daran abfallen.
Da ein solcher Widerstand bei so hohen Strömen aber schon eine erhebliche Wärmemenge erzeugt, verwendet man an Stelle von Widerständen gerne Schaltregler, mit denen Wirkungsgrade von 90% oder mehr möglich sind.
Die Versorgungspannung spielt dabei keine große Rolle mehr, sofern sie nur hoch genug ist.

Wenn der Spannubgsüberschuss nur sehr gering ist, kann man auch einen linearen Konstantstromregler verwenden, wie BernhardS ihn vorschlug.
anders
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Re: Forward Voltage DC-Kennlinie bei LED

Neuer Beitragvon NundNs am Donnerstag 25. Juli 2013, 19:07

Huch, ich dachte immer, dass PC Netzteile auf jeden Fall geregelt sind :| Das hatte ich zunächst nicht so verstanden mit der Flussspannung. Die Vorteile von Konstantstromquellen sind natürlich nicht von der Hand zu weisen, dennoch habe ich hier ein Netzteil liegen, das neben den LEDs noch weitere 5 und 12V Komponenten ansteuern muss. Daher würde ich gerne alles über eine Spannungsquelle betreiben, auch wenn es nicht unbedingt die optimale Lösung ist.

Gibt es die Möglichkeit eine Konstantstromquelle mit dem vorhandenen Netzteil herzustellen? Alternativ habe ich hier einige LT1084 Spannungsregler, mit denen ich 5V und max. 5A herstellen kann, sodass ich 4 LEDs daran betreiben könnte. Nehme ich also "die geringste vorkommende Flußspannung" von 3,2V und 900mA, plane etwas Luft für den Vorwiderstand und setze eine LED an 5V, brauche ich einen Vorwiderstand von 2R (2x 1R mit 1W in Reihe).

Geht das :-)
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Re: Forward Voltage DC-Kennlinie bei LED

Neuer Beitragvon derguteweka am Freitag 26. Juli 2013, 10:11

Moin,

NundNs hat geschrieben:Huch, ich dachte immer, dass PC Netzteile auf jeden Fall geregelt sind :|

Sind sie auch. Aber nur eine Spannung, z.b. die +5V. Dann sind aber die +12V nicht direkt geregelt. Da werden zwar Massnahmen ergriffen, mit denen versucht wird, die Regelung auf mehrere Spannungen auszuweiten, aber beim PC muessen die 12V auch nicht so recht genau sein.

Wenn du ums Verrecken deine LEDs mit dem PC-Netzteil betreiben willst, dann wuerd' ich mit Vorwiderstaenden arbeiten. Einfach weils simpler ist und genauso viel Energie verheizt, wie wenn du mit den LT1084 arbeitest.
Also z.B. nur 2 LEDs und 1 Vorwiderstand in Reihe geschaltet an die 12V Schiene. Aber da musst du dann auch schon Widerstaende mit mindesten 10W Belastbarkeit nehmen und dafuer sorgen, dass die die Waerme irgendwie loskriegen...

Die einzige Moeglichkeit, diese Wahnsinnsabwaerme zu vermeiden ist imho die Verwendung von Schaltreglern als Konstantstromquelle. Weiss aber nicht ob/wo's die fertig zu kaufen gibt. Selberbauen ist arg tricky.

Gruss
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Re: Forward Voltage DC-Kennlinie bei LED

Neuer Beitragvon NundNs am Samstag 27. Juli 2013, 15:44

Hmm okay, wenn die 5V Leitung einigermaßen geregelt ist, dann setze ich da einfach die LEDs ran. Lasse ich die LEDs mit 818mA laufen, brauche ich einen Vorwiderstand von jeweils 2,2R und nehme dann einfach einen SMD-Drahtwiderstand mit 3W, der die zu verheizenden 1,5W gut wegstecken sollte. :top:
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