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Modifikationen einer LED-Kette


In der Vorweihnachtszeit 2008 fielen mir an einigen Orten Lichterketten in tiefblauer Farbe auf, die ich sehr schön fand. Kurz vor Weihnachten sah ich im Baumarkt solche Ketten, die mit 24 blauen LEDs ausgestattet waren. Allerdings wollte ich zunächst keine unnötigen Ausgaben machen.

Da ich zu Weihnachten etwas Geld bekam, beschloss ich mir noch schnell eine solche Kette zuzulegen und ging gleich nach Weihnachten los, aber es war bereits alles ausverkauft! Nach dem Suchen in mehreren Baumärkten hatte ich in einem schließlich Glück. Es waren noch LED-Ketten da u. a. auch die blauen! Ich nahm gleich einen Karton mit.



LED-Killerschaltung

Über dem Verkaufsregal im Baumarkt hingen einige LED-Ketten, die als Werbung in Betrieb waren. Ich sah mir diese noch einmal an. Ja, die blaue war wirklich schön. Aber was war das? Es waren bereits mehrere LEDs aus - sie schienen kaputt zu sein. Auch bei den anderen Ketten sah ich einige LEDs die nicht mehr leuchteten.

Mir war schon fast klar woran das lag: Die LEDs werden wie so oft ohne Vorwiderstände betrieben! Und genau das ist der Grund, weshalb sie nicht lange leben. Eine Leuchtdiode ist eben keine Glühlampe, die durch ihren Widerstand den Strom begrenzt. Bei einer LED muß der Strom immer durch einen Vorwiderstand begrenzt werden!

Die Kette hat 24 LEDs und das Steckernetzteil eine Spannung von 24 Volt. Wenn man eine Durchlaßspannung von 3,5 Volt pro LED annimmt, kann man bei 24 Volt 6 LEDs in Reihe schalten. Insgesamt sind 4 dieser Reihenschaltungen vorhanden, die parallel liegen.


ledkette2.gif

Leider oft anzutreffen - eine LED-Killerschaltung


Mir war klar, das ich an dieser Lichterkette mit den 24 LEDs nicht lange Freude haben würde, wenn ich sie normal betreiben würde. Die defekten LEDs bei den Lichterketten im Baumarkt zeigten das deutlich! Was also tun?



Die Schaltung

Normalerweise müßte jeder Strang mit den 6 in Reihe geschalteten LEDs einen eigenen Vorwiderstand erhalten. Dazu müßte man aber die Verdrahtung der Kette an verschiedenen Stellen auftrennen und dort die Widerstände einbauen.

Daher habe ich mir einen Kompromiss ausgedacht, der zwar nicht ideal ist, andererseits aber die Verdrahtung der Kette unbeschädigt läßt. Die LEDs leuchten ziemlich hell. Man kann z. B. einen Vorwiderstand mit einigen Kiloohm vor die gesamte Kette setzen, der den Gesamtstrom auf die Hälfte senkt. Das ist immerhin besser als nichts!

Zunächst habe ich die Stromversorgung der Kette aufgetrennt und die Spannung am Steckernetzteil im Leerlauf gemessen. Heraus kamen 38 Volt! Das Netzteil ist damit nicht stabilisiert und sehr spannungsweich. Anschließend wurde die Stromaufnahme der Kette gemessen, und die lag bei fast 50 Milliampere. Eigentlich nicht viel für 24 LEDs, aber es reicht anscheinend, um nach einer gewissen Zeit die ein oder andere LED zu killen. Mit einem Vorwiderstand von einigen Kiloohm reduzierte sich der Gesamtstrom der Kette auf etwa die Hälfte bei leichtem Helligkeitsverlust.

Dann kam mir die Idee, das ganze regelbar zu machen. Das geht z. B. gut mit einem Transistor, dessen Basisstrom man mit einem Poti regelt. Sicherheitshalber nahm ich erstmal einen BD 139, der höher belastbar ist als ein BC 546, und baute provisorisch folgende einfache Schaltung auf:


ledkette.gif

Eine einfache Schaltung zur Helligkeitsregelung einer LED-Kette


bd139.gif

Die Anschlußbelegung des Transistors BD 139


Mit den Widerstandswerten experimentierte ich etwas, bis sich ein möglichst gleichmäßiger Regelbereich über das gesamte Poti ergab. Mit dem Widerstand R2 stellt man den Basisstrom ein. Da jeder Transistor eine bestimmte Stromverstärkung hat, ergibt sich der Kollektorstrom aus dem Produkt von Basisstrom mal Stromverstärkung.

Mit den 100 Kiloohm für R2 ergibt sich bei voll aufgedrehtem Poti ein Kollektorstrom von knapp 8 Milliampere. Wird der Wert für R2 verringert, so erhöht sich der Kollektorstrom entsprechend!


ledkette1.jpg

Der provisorische Aufbau der Schaltung


ledkette2.jpg

Bei voll aufgedrehtem Poti P1 beträgt der Strom nicht mal 8 mA!


Bei einem Strom von 8 Milliampere leuchtet die Kette bereits ausreichend hell. Zwar nicht so hell wie vorher (ich schätze es sind etwa 30 bis 40 Prozent Helligkeitsverlust), aber der Sinn dieser Maßnahme ist ja, die LEDs vor Zerstörung zu schützen und da heißt es lieber etwas weniger Gesamtstrom. Weiterhin baute ich den Emitterwiderstand R3 zur Stabilisierung ein.

Anschließend wurde die fertige Schaltung auf einer kleinen Streifenplatine aufgebaut. Der BD 139 bekam einen kleinen Kühlkörper. So kann man die Schaltung später auch für höhere Kollektorströme benutzen. Und natürlich noch eine Feinsicherung für die Spannungsversorgung! Der Anschluß der Leitungen erfolgt wie immer über Lötnägel.


ledkette3.jpg

Die fertige Schaltung auf einer Streifenplatine


Natürlich soll das nicht einfach so rumhängen und so spendierte ich der Schaltung ein kleines Tekogehäuse aus Kunststoff. Da die LED-Kette mit Hilfe eines Lautsprechersteckers am Steckernetzteil angeschlossen wurde, benutzte ich diese Stecker auch zum Anschluß der Kette an das Gehäuse und zur Verbindung von diesem mit dem Steckernetzteil. Allerdings haben diese Stecker keine Zugentlastung und damit heißt es vorsichtig beim Umgang zu sein! Sicherheitshalber wurde ein Stift im Stecker nach dem Lötvorgang mit einem Stück Kunststoffschlauch isoliert.


ledkette4.jpg

Das fertige Gehäuse


Natürlich kann man das ganze auch mit einer regelbaren Konstantstromquelle machen, wie sie z. B. beim LED-Tester beschrieben ist. Allerdings hat die regelbare Konstantstromquelle einen Nachteil: Man kann die Helligkeit der LED-Kette nicht von Null an regeln und der Regelbereich ist nicht so gleichmäßig.

Bei der hier vorgestellten Schaltung, die ich eigentlich nur durch Experimentieren geschaffen habe, ist der Regelbereich gleichmäßiger man kann die LED-Kette von Null bis zur maximalen Helligkeit regeln. Natürlich befindet sich der Transistor dieser Schaltung meist in einen nur halbleitenden Zustand, wo die Verlustleistung recht hoch ist. Daher habe ich gleich einen genommen, der höher belastbat ist.


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