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Erweiterung LED => LED-Konstantstrom
Hier nun ein universeller Konstantstromregler für LEDs. Funktioniert mit
(fast) beliebig vielen LEDs aller Art. Geregelt wird die Helligkeit der LEDs
mit einem einfachen Potentiometer, sie steigt linear mit dem Einstellwinkel
des Potis.
Die Schaltung
Das ist das Schaltbild. Die LEDs sind in Reihen angeordnet: Anoden und Kathoden
sind hintereinander geschaltet. Die Anzahl LEDs pro Reihe ist
hier diskutiert.
Jede der Reihen 1 bis N kriegt seinen eigenen Reglertransistor BC547. Dadurch
ist gewährleistet, dass in jeder Reihe gleich viel Strom flie&szl;t. Die
Dimensionierung der Emitterwiderstände RE ist
hier gezeigt.
Für den Konstantstrom ist eine Konstantspannung erforderlich. Sie wird
mit dem Widerstand RU und den beiden Dioden 1N4148 aus der
Betriebsspannung erzeugt und beträgt 1,4 V. Die Dimensionierung
von RU ist hier gezeigt.
Mit dem Potentiometer von 10 k wird die Basisspannung der
Reglertransistoren zwischen 0,7 und 1,4 V eingestellt und damit der
Konstantstrom zwischen 0 und dem Maximalwert variiert.
Die Anzahl hintereinandergeschalteter LEDs ist fast beliebig. Da sich die
Spannung der LEDs in der Reihe addiert, muss die Betriebsspannung der
Schaltung ausreichend groß sein. Da zu der LED-Spannung noch die
Spannung am Emitter der Reglertransistoren (max. 0,7 V) und die
minimale Collector-Emitter-Sättigungs-Spannung des Regler-Transistors
(typisch z. B. 0,1 V) hinzukommt, kann man mit 12 V fünf
2V-LEDs und mit 3,2V-LEDs drei LEDs in Reihe schalten. Bei 24 V sind es
11 Stück 2V-LEDs bzw. 7 Stück 3,2V-LEDs.
Die überschüssige Spannung (bei 5 Stück 2V-LEDs und 12 V
sind das 2 V) regelt der Transistor weg: seine Collector-Emitter-Spannung
steigt entsprechend an. Entsprechend steigt auch seine Wärmeleistung an.
Sie ergibt sich aus der Multiplikation der Collector-Emitter-Spannung mit dem
konstant gehaltenen LED-Strom. In diesem Fall also 2V * 20mA = 40mW. Der
BC547 kann maximal 500 mW aushalten, sollte aber dauerhaft bei unter
300 mW bleiben. Sonst muss ein NPN-Transistor mit höherer Leistung
verwendet werden, z. B. ein BD439, ohne oder mit einem
kleinen Kühlkörper.
Der maximale Konstantstrom wird mit den Emitterwiderständen eingestellt.
Sie ergibt sich aus der Gleichung I(mA) = 700 / RE, der
Emitterwiderstand entsprechend aus RE = 700 / I(mA). Für
20 mA sind das 35 Ω. In der E24-Reihe der Widerstände
gibt es 33 und 36 Ω. Mit diesen beiden ergeben sich 21,2 bzw.
19,4 mA Strom.
Die Konstantspannung von 1,4 V wird mit dem Widerstand RU
und den beiden Dioden erzeugt. RU ist von den Basisströmen
der Konstantstromtransistoren abhängig. Der Strom durch die Dioden
sollte wenigstens drei mal höher sein als die Summe der Basisströme
bei dem maximalen LED-Strom.
Der Baisstrom jedes Transistors ergibt sich aus dem LED-Strom jeder Reihe
und seiner Stromverstärkung hFE. Die Stromverstärkung
des BC547 liegt minimal bei 110 und maximal bei 800. Für den BC547B
ist bei Strömen von 20 mA ein Wert von 250 typisch. Damit ergibt
sich der Basisstrom aus dem LED-Strom zu IB =
ILED / 250. Bei 20 mA sind das dann 0,08 mA oder
80 µ.
Sind zehn Reihen angeschlossen, beträgt die Summe der Basisströme
0,8 mA, die Konstantspannung an den Dioden sollte daher mit einem
Strom von 3 * 0,8mA = 2,4mA erzeugt werden. Das erreicht man mit einem
Wert für RU = (UB - 1,4) / 2,4 in k Ω.
Bei 12 V wären das 4,4 kΩ, also würde man 3k9
aus der E12-Reihe oder 4k3 aus der E24-Reihe auswählen. Weniger ist
also mehr!
Die beiden Dioden können maximal 100 mA ab, würde der
Strom größer, müssen 1N4001 ran.
Die Wärmeleistung des Widerstands ergibt sich aus PU =
(UB - 1,4) * 4 * N * IB, im vorliegenden Fall also
40 mW. Liegt die Leistung oberhalb von 200 mW, muss ein
Metallfilm-Widerstand verwendet werden. Liegt sie über 350 mW,
ist ein 1W-Typ erforderlich.
©2018 by Gerhard Schmidt