Arbeiten mit LEDs/ Cluster

Ein LED-Cluster ist eine Ansammlung sehr vieler Leuchtdioden auf einem gemeinsamen Träger. Er kann für Beleuchtungsaufgaben verwendet werden, für die eine Glühlampenbeleuchtung nicht geeignet erscheint. Als großen Vorteil ist gegenüber Glühlampen bei Leuchtdioden die geringere Stromaufnahme beziehungsweise der bessere Wirkungsgrad und die Farbreinheit zu nennen.

Hier soll ein Beispiel für ein Cluster berechnet werden, das sich dazu eignet, an einer Autobatterie angeschlossen zu werden.

Das legt gleichzeitig die Spannung für das Cluster fest, da Autobatterien eine Nennspannung von 12 Volt besitzen (In Wirklichkeit kann die Spannung zwischen 11 Volt und 14,4 Volt sein). Um die Leuchtdioden vor falschem Anschluss zu schützen, wird ausserdem eine Diode in die Schaltung eingebaut. Solch eine Diode lässt den Strom nur in einer Richtung hindurchfließen und sollte in keiner Schaltung fehlen, die durch Hobbyelektroniker aufgebaut wird und eine gewisse Anzahl von Bauteilen überschreitet. Das ist beim Bau eine Kleinigkeit, die später die Bauteile so schützt, dass sie bei Fehlanschluss (Falschpolung) nicht zerstört werden können.

Allerdings schützt diese Diode nicht davor, dass die Bauteile gegen Überspannung abgesichert sind. Wenn also statt 12 Volt, 230 Volt auf die Schaltung gegeben wird, dann besteht zum einen Lebensgefahr und zum anderen sind die Bauteile sehr wahrscheinlich alle defekt. Laien sollten sowieso nichts mit 230 Volt Spannung herumprobieren. Hinter einem handelsüblichen Netzteil mit bis zu 24 Volt kann aber in der Regel nichts passieren, da Spannungen bis 50 Volt für gesunde Erwachsene nicht lebensgefährlich sind.

Planungsphase

Wie viele Leuchtdioden sollen auf dem Cluster verbaut werden? Das ist eigentlich ganz dem Bastler überlassen, da dieser Cluster modular geplant wird. Modular bedeutet, dass das Cluster aus vielen gleichen Einzelclusterchen bestehen wird und ein Dazubauen sehr einfach möglich ist, da jedes einzelne "Clusterchen" oder auch Strang genannt für die volle Betriebsspannung von 12 Volt ausgelegt ist. Es ist dann selbst für einen Anfänger ein leichtes Unterfangen, diese Stränge nebeneinander auf einer großen Platine anzuordnen. Dabei ist dann nur noch zu beachten, dass mehr Leuchtdioden in dem Cluster auch einen größeren Stromverbrauch nach sich ziehen.

Weil in einer Verpackungseinheit meistens 50 oder 100 LEDs enthalten sind, wird der Cluster mit unter 50 Leuchtdioden aufgebaut werden.

Strangspannung= 13,8 Volt , Strangstrom1= 25mA, Strangstrom2= 35mA

Jetzt muss nur noch die Farbe ausgewählt werden und je nach Höhe der Vorwärtsspannung der einzelnen LEDs ist die für den Strang am Besten geeignete Anzahl LEDs zu bestimmen sowie dann der Vorwiderstand für den Strang zu berechnen. Ich werde das exemplarisch für Grün und Rot hier vorrechnen. An Hand dieser Beispiele sollte es Ihnen dann möglich sein, selbst die Werte für andersfarbige LEDs zu berechnen.

Als Option, soll es möglich sein kurzzeitig mit einem Taster die Helligkeit erheblich zu steigern, in dem der Strangstrom auf 35 mA erhöht wird. Moderne LEDs halten das für mehrere Minuten am Stück problemlos aus.

Hier nochmal zur Übersicht die E 12 Widerstandsreihe:

10 Ohm

12 Ohm

15 Ohm

18 Ohm

22 Ohm

27 Ohm

33 Ohm

39 Ohm

47 Ohm

56 Ohm

68 Ohm

82 Ohm

Grün

Bei einer vorgegebenen Vorwärtsspannung von 3,2 Volt und einer zur Verfügung stehenden Spannung von 13,8 Volt können bis zu drei grüne LEDs in Reihe mit einem Vorwiderstand betrieben werden.

3,2 × 3 = 9,6 Volt

Das bedeutet für das grüne Cluster, das 16 Stränge mit insgesamt 48 grünen LEDs auf der Platine angeordnet werden müssen. Diese 16 Stränge verlangen im Normalbetrieb (16×25mA) 400 mA und im "Hellmodus" 560 mA vom Netzteil.

4,2 Volt : 0,035 Ampere = 120 Ohm

120 Ohm gerundet auf 120 Ohm

4,2 Volt : 0,025 Ampere = 168 Ohm

168 Ohm - 120 Ohm = 48 Ohm

Rot

Bei einer vorgegebenen Vorwärtsspannung von 2,2 Volt und einer zur Verfügung stehenden Spannung von 13,8 Volt können bis zu fünf rote LEDs in Reihe mit einem Vorwiderstand betrieben werden.

2,2 × 5 = 11 Volt

Das bedeutet, dass die restlichen 2,8 Volt von dem Vorwiderstand in Wärme umgewandelt werden müssen.

Für den Cluster bedeutet dies, dass mit 10 Strängen der roten LEDs die Verpackungseinheit vollkommen aufgebraucht wird. Für den Gesamtstrom des roten Clusters bedeutet es, im Normalbetrieb einen Strom von 250 mA und kurzzeitig (mit dem gedrückten Taster) 350 mA von dem Netzteil zu benötigen.

2,8 Volt : 0,035 Ampere = 80 Ohm

80 Ohm gerundet auf 82 Ohm

2,8 Volt : 0,025 Ampere = 112 Ohm

112 Ohm - 82 Ohm = 30 Ohm

Ausführungsphase

< Foto eines aufgebauten Clusters.png >